JIHOČESKÁ UNIVERZITAbiocentrum.zf.jcu.cz/docs/ruzne/ruz-SG_pr-d6cc757aa5.pdf · Speciální genetika rostlin. Je určen pro studenty Zemědělské fakulty Jihočeské univerzity,

J I H O Č E S K Á U N I V E R Z I T A Z E M Ě D Ě L S K Á F A K U L T A

České Budějovice

SPECIÁLNÍ GENETIKA ROSTLIN (CVIČENÍ)

Ing. Lenka Sáková, CSc. Doc. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D.

České Budějovice

1999-2018

ÚVOD

Učební text představuje studijní literaturu pro cvičení a semináře z předmětu

Speciální genetika rostlin. Je určen pro studenty Zemědělské fakulty Jihočeské univerzity,

studijního oboru Zemědělské inženýrství - profilace Genové inženýrství a šlechtění rostlin.

Dále tato skripta slouží jako rozšiřující text pro předmět Genetika – povinný předmět pro

obor Zemědělské inženýrství.

Text je členěn do 6 kapitol zahrnujících ty okruhy speciální genetiky rostlin, které

jsou náplní uvedeného předmětu. Součástí skripta je kapitola s výsledky řešených příkladů.

OBSAH

ÚVOD .................................................................................................................................................. i

1. MUTACE ........................................................................................................................................... 1

1.1. MUTACE GENOVÉ ................................................................................................................................ 1

1.2. MUTACE CHROMOZÓMOVÉ ................................................................................................................. 4

1.3. MUTACE GENOMOVÉ ........................................................................................................................ 10

Procvičovací test - mutace ............................................................................................................................. 14

2. VZDÁLENÁ HYBRIDIZACE ....................................................................................................... 16

Procvičovací test – vzdálená hybridizace ...................................................................................................... 25

3. GENETIKA KVANTITATIVNÍCH ZNAKŮ ............................................................................... 27

3.1. DĚDIČNOST KVANTITATIVNÍCH ZNAKŮ............................................................................................ 27

3.2. STANOVENÍ SLOŽEK GENETICKÉ A NEGENETICKÉ VARIABILITY .................................................... 33

3.3. KOEFICIENT HERITABILITY .............................................................................................................. 39

3.4. GENETICKÝ ZISK ............................................................................................................................... 44

Procvičovací test – kvantitativní znaky .......................................................................................................... 48

4. GENETIKA POPULACÍ ................................................................................................................ 50

4.1. GENOVÉ A GENOTYPOVÉ FREKVENCE V POPULACI ......................................................................... 50

4.2. DYNAMIKA AUTOGAMICKÉ POPULACE ............................................................................................ 55

4.3. DYNAMIKA PANMIKTICKÉ POPULACE .............................................................................................. 57

4.3.1. Vliv mutace na změnu rovnovážného stavu populace ............................................................ 57

4.3.2. Vliv selekce na změnu rovnovážného stavu populace ............................................................ 59

4.3.3. Vliv spolupůsobení mutace a selekce na změnu rovnovážného stavu populace ................... 62

4.3.4. Vliv izolace a genetického driftu na změnu rovnovážného stavu populace .......................... 63

Procvičovací test – populace .......................................................................................................................... 65

5. INBREEDING A HETEROZE ...................................................................................................... 67

5.1. INBREDNÍ DEPRESE ............................................................................................................................ 67

5.2. HETERÓZE ......................................................................................................................................... 71

5.3. AUTOINKOMPATIBILITA A CMS ....................................................................................................... 75

Procvičovací test – inbreeding, heteroze, AI, CMS ....................................................................................... 81

6. GENETICKÝ POLYMORFISMUS .............................................................................................. 83

6.1. POLYMORFISMUS NA ÚROVNI DNA .................................................................................................. 84

6.2. POLYMORFISMUS NA ÚROVNI ZÁSOBNÍCH PROTEINŮ A ISOENZYMŮ .............................................. 85

6.3. HODNOCENÍ BIOCHEMICKÝCH A MOLEKULÁRNÍCH MARKERŮ ...................................................... 86

7. VÝSLEDKY K ŘEŠENÝM ÚKOLŮM A PROCVIČOVACÍM TESTŮM ............................... 99

1

1. MUTACE

1.1. MUTACE GENOVÉ

Genové mutace představují trvalé změny jednotlivých genů. Přenos genových

mutací do další generace souvisí s místem jejich vzniku. Jestliže se mutace objeví

v zárodečném pletivu, dědí se generativní cestou – generativní mutace, mutace

v somatickém pletivu se dědí při vegetativním rozmnožování – somatické mutace, při

generativním ztrácí svůj význam (pokud není využito explantátových technik

k rozmnožení mutovaného pletiva). Mutace častěji probíhají tak, že standardní-dominantní

alela se přeměňuje na mutantní-recesivní alelu – tzv. přímé mutace. Mutační proces je i

zpětný, kdy se recesivní alela přeměňuje na dominantní – tzv. zpětné mutace.

Na molekulární úrovni jsou zdrojem mutací tautomerní posuny, kdy se mění

pozice vodíkových atomů v bázích. Tautomerie má za následek vznik analogů bází a

mnohdy i změny v párování bází. Potom se změní specifita příslušného kodónu. Dalším

typem mutací na molekulární úrovni jsou delece a inzerce 1 nebo několika nukleotidů,

kdy dochází k posunu čtecího rámce a ke změně transkripce celého úseku zbývajícího

řetězce DNA za místem mutace.

Na výskyt mutací má vliv přesnost a účinnost reparačních systémů při opravách

poškozené DNA. Největší význam mají fotoreaktivace, excisní reparace a postreplikační

rekombinace.

Velký význam při opravách mutací mají i zpětné mutace, kdy se zcela obnovuje

původní nukleotidová sekvence genu ve stejném místě nebo se objeví druhá mutace

v jiném místě, čímž se obnoví více či méně standardní fenotyp. Tato mutace se nazývá

supresorová mutace. Existuje několik typů zpětných mutací: pravá reverze, kdy se

obnovuje zcela původní standardní fenotyp, operační reverze, kdy vzniká synonymní

kodón opět obnovující původní standardní fenotyp a pseudoreverze, kdy se mutovaný

kodón mění v kodón jiného smyslu, ale fenotyp se obnovuje buď částečně nebo úplně.

Supresorová mutace v témže genu se označuje jako intragenová, ta může být posunová –

čtecí rámec se posunuje na své původní místo a nebo bodová – vzniká terminační kodón

nebo kodón s jiným smyslem. Supresorová mutace v jiném genu se označuje intergenová.

2

Důležité termíny

Excizní reparace Intragenová mutace Přímá mutace Fotoreaktivace Nepřímá mutace Pseudoreverze Generativní mutace Operační reverze Somatická mutace Genová mutace Postreplikační reparace Supresorová mutace Intergenová mutace Pravá reverze Tautomerní posuny

Příklady k řešení

Úkol 1.1.1.: V generaci před mutací (Mo) bude recesivní homozygot (aa), dominantní

homozygot (AA) a heterozygot (Aa). U každého genotypu proběhne mutace.

Pomocí schématu (zakreslete lokalizaci genů na chromozómech) zakreslete

všechny možné mutace u každého genotypu a zapište u každého genotypu příslušné

fenotypy za předpokladu, že dominantní gen (A) podmiňuje zelené zbarvení a

recesivní gen žluté zbarvení.

Vzor:

generace: Mo M1 M2

A A A A genotyp: AA

fenotyp:

Úkol 1.1.2.: Působením kyseliny dusité (HNO2) se původní báze adenin mění na

modifikovanou bázi hypoxantin, který se páruje s cytosinem. Zapište, jaké báze se

spolu původně párovaly, jaký pár vznikne po tautomerním posunu a jaká bude

výsledná změna po druhé replikaci. Totéž odvoďte pro tautomerní posun

v cytosinu, který se mění na uracil. Rozhodněte, zda se jedná o transici nebo

transverzi.

3

Úkol 1.1.3.: Zapište k jaké změně v párování bází dojde po 2. replikaci, jestliže původní

rodičovský pár bude CG, abychom tento tautomerní posun mohli nazvat transverze.

Úkol 1.1.4.: Proveďte substituci kodonu UGG pro aminokyselinu tryptofan tak, aby

a) se změnil smysl kodonu (bude kodovat jinou aminokyselinu) transicí na 1.

nukleotidu

b) se změnil smysl kodonu transverzí na 1. nukleotidu

c) vznikl kodon beze smyslu substitucí 2. nukleotidu.

Úkol 1.1.5.: Kodon pro aminokyselinu leucin (CUG) se mutací změnil na kodon valin. Po

mutaci nastala oprava reverzí. Zapište jednu z možností těchto změn tak, aby jedna

reverze byla pravá a druhá operační.

Úkol 1.1.6.: Znázorněte intragenovou supresorovou mutaci, jestliže v řetězci DNA bude

kodon TCA pro aminokyselinu serin. Tento kodon se změní mutací na terminační

kodon a pak bude následovat supresorová mutace, kterou se vrátí bílkovině její

funkce změnou terminačního kodonu na kodon pro aminokyselinu tyrozin.

Úkol 1.1.7.: U funkčního polypeptidu, v jehož jedné malé části byly následující

aminokyseliny - serin – valin – glycin –serin- , kódované triplety AGC GUU GGC

AGC, původní mutací došlo ke změně 2. nukleotidu (G) prvního kodonu na

nukleotid cytozin a polypeptid se mění na nefunkční. Po supresorové mutaci se

mění aminokyselina glycin na alanin opět mutací 2. nukleotidu v tripletu. Touto

intergenovou mutací polypeptid částečně obnovuje svou funkci. Zapište triplety

aminokyselin pro nefunkční polypeptid a pro částečně funkční polypeptid a určete o

jaký typ reverze se jedná.

Úkol 1.1.8.: Na jednom řetězci dvouřetězcové molekuly DNA se objevil v jednom místě

dimer thyminu.

a) Jaké mutageny mohou způsobit tuto mutaci.

b) Jaké následky má tato mutace.

c) Jaké reparační systémy mohou tuto mutaci opravit.

4

Úkol 1.1.9.: Které enzymy působí při excizní reparaci a jaká je jejich funkce?

Úkol 1.1.10.: V části řetězce DNA: - AAT CGC CGA AAG – se na místo thyminu navázal

jeho analog 5-bromuracil. Protože se vyskytoval v méně stabilní enolové formě,

nepároval se s adeninem, ale s guaninem. Zapište pořadí aminokyselin po tomto

tautomerním posunu a určete, zda došlo k transici nebo transverzi.

1.2. MUTACE CHROMOZÓMOVÉ

Chromozómové mutace, často také nazývané chromozómové aberace, představují

změny v chromozómové struktuře, které mohou mít různé účinky na charakter genetické

informace u organismů. Mění vztahy genové vazby a poskytují gamety neschopné

přežívat. Existují čtyři základní druhy chromozómových aberací – duplikace, delece

inverze a translokace. Tři z nich (duplikace, delece a inverze) zahrnují změny ve struktuře

uvnitř chromozómu, zatímco čtvrtá chromozómová aberace (translokace) se vyskytuje,

když dojde k přemístění segmentu chromozómu a k jeho připojení na jiný nehomologní

chromozóm. Pro lepší představu následuje grafické znázornění čtyř nejobvyklejších typů

chromozómových aberací:

Duplikace

Delece a deficience

a) delece

A B C D

B C

A B B C C D

A B C D E

A D E

5

b) deficience

Inverze

a) paracentrická inverze

b) pericentrická inverze

Translokace

Změny v chromozómové struktuře mohou komplikovat jinak nevinně vypadající

problémy. Představme si například výsledky ze zpětného testovacího křížení pentahybrida

u Drosophily melanogaster.

Chromozómy Počet much

y spl rb cv sn 372

+ + + + + 409

y + + + + 19

+ spl rb cv sn 13

y spl + + + 10

+ + rb cv sn 8

y spl + cv + 33

A B C D E A B C

A B C D E A C B D E

A B C D E

A C B D E

A B C D

A B C

R S T U D

R S T U

6

+ + rb + sn 40

y spl rb cv + 41

+ + + + sn 55

1 000

Podle literatury standardní mapové vzdálenosti pro tyto lokusy jsou:

y – spl = 3,0, spl – rb = 4,5, rb – cv = 6,2, cv – sn = 7,3

Jestliže provedeme výpočet síly vazby mezi geny podle štěpných poměrů, zjistíme

nesoulad mezi námi vypočítanými hodnotami a mezi hodnotami uváděnými v literatuře.

y – spl = 3,2, y – rb = 12,3, y – cv = 5,0, y – sn = 21,9

spl – rb = 9,1, spl – cv = 1,8, spl – sn = 18,7,

rb – cv = 7,3, rb – sn = 9,6, cv – sn = 16,9

Největší vzdálenost je mezi y a sn, z čehož lze usoudit, že jsou na jednom a na druhém

konci chromozómu. Jestliže dáme na začátek (0) gen y, postupně vytvoříme

chromozómovou mapu tím, že na ni postupně umístíme podle vzdáleností ostatní geny,

které jsou v poměrné těsné vzájemné vazbě:

Standardní mapa je:

Údaje ze zpětného testovacího křížení proto musí pocházet z jedinců, kteří jsou

homozygotní pro inverzi, kde zlomy jsou mezi spl a rb a mezi cv a sn:

y spl cv rb sn

invertovaná oblast

y spl cv rb sn

0 3,2 5,0 12,3 21,9

y spl rb cv sn

0 3,0 7,5 13,7 21,0

y spl rb cv sn

7

Dále je třeba problematiku si prostudovat ze skript určených jako text k přednáškám.


Delece Inverze Pericentrická inverze Duplikace Paracentrická inverze Translokace


Úkol 1.2.1.: V přírodě existuje několik typů duplikací. Následující schéma představuje

část chromozómu před mutací. Úkolem je zakreslit různé typy duplikací -

tandemovou, reverzní a nezávislou v úseku, kde se nachází geny MN –.

Úkol 1.2.2.: Schéma znázorňuje, jak mohlo dojít k tandemové duplikaci. Podobně

znázorněte nezávislou duplikaci.

Úkol 1.2.3.: Inverze jsou známými inhibitory crossing-overu. Kdy se nepodaří inhibice

crossing-overu?

K L M N O P Q R

A B C A D E F G H

B C D E F G H

A B C A D E F G H

B C D E F G H

A D E F G H A B C B C D E F G H

8

Úkol 1.2.4.: Předpokládejme, že jsme se snažili identifikovat geny, které byly zahrnuty do

delece. Při křížení s homozygotními liniemi pro mutantní geny g a f vzniklo

potomstvo, které bylo mutantní, zatímco při křížení s homozygotními liniemi pro

mutantní geny g a h poskytly planý typ potomstva. Které geny se ztrácí při deleci?

Úkol 1.2.5.: Původní chromozómová struktura byla následující:

Porovnáním schématu původní struktury chromozómu a chromozómu po mutaci

určete druh chromozómové aberace, která vznikla.

Úkol 1.2.6.: Prohlédněte si následující dvě schémata, která se od sebe vzájemně odlišují,

ale současně jsou příbuzná. Jakou chromozómovou mutací nastala změna ve

struktuře chromozómů, jestliže strukturu chromozómů A budeme považována za

původní.

A B

a b c d e f g

a d c b e f g

a b e f d c g a b e f k l m

s r p q o n s r p q o n

h i j k l m h i j d c g

9

Úkol 1.2.7.: Předpokládejme, že reciproká translokace (původní struktura chromozómů je

znázorněna) byla mezi geny E a F a mezi P a Q.

a) Jak budou vypadat chromozómy po translokaci?

b) Zakreslete diagram rané a pozdní metafáze I pro tuto translokaci.

Úkol 1.2.8.: Struktura chromozómů původního druhu je označena ve schématu. Určete

evoluční vztahy pro každý druh a mechanismy, kterými se druh stal chromozomálně

odlišný.

k l h v y z k l h v y z k l h v y z

A B C

D E F

a b c d e f g a d c b e f g a b c d e f g

m n o p q r r q o p n m r q o p n m

a b f e v y z a b f e d c g a b c d e f g

r q o p n m r q o p n m m n o p q r

k l h d c g k l h v y z k l h v y z

A B C D E F

M N O P Q

10

1.3. MUTACE GENOMOVÉ

Genomové mutace, jinak také euploidie představují kvantitativní změny v počtu

celých chromozómových sádek. Podle druhu změny se rozlišuje polyploidie, aneuploidie a

haploidie.

Příčinou polyploidie jsou poruchy mitotického nebo meiotického dělení, jejichž

důsledkem je znásobení počtu chromozómů v somatických buňkách nebo v gametách.

Rozlišují se dva druhy polyploidie: autopolyploidie (znásobení stejných genómů) a

alopolyploidie (znásobení rozdílných genómů, které se spojily při hybridizaci). Polyploidie

ovlivňuje genotypové a fenotypové štěpné poměry v potomstvu.

Aneuploidie znamená zvýšení nebo snížení počtu chromozómů tak, že se jedná

pouze o jeden, dva, zřídka více chromozómů nebo celý pár chromozómů. Při aneuploidní

analýze se využívá rozdílný fenotypový projev aneuploidních linií v rámci jednoho druhu,

resp. odrůdy.

Na rozdíl od polyploidie, haploidie představuje snížení počtu chromozómů na

poloviční počet. Haploidní počet se značí n. U diploida (2n) haploidní počet bude roven n

u tetraploida (4n), haploidní počet bude 2n, u hexaploida 3n, atd.. Haploidní počet

chromozómů na nejnižším stupni v polyploidní řadě (zpravidla se jedná o diploida) se

nazývá základní chromozómové číslo a značí se x.

Schéma rozdělení genomových mutací

orto- (sudý násobek) auto 4n, 6n, 8n…. celé sady – euploidie polyploidie = polyploidie anorto- (lichý násobek) alo 3n, 5n, 7n …. hyper výchozí stav některých chromozómů ploidie diploid (2n) - aneuploidie hypo snížení počtu chromozómů celé sady - haploidie

zvýšení počtu chromozómů

11


Alopolyploidie Genom Polyploidie Aneuploidie Haploidie Základní chromozómové Autopolyploidie Haploidní počet číslo


Úkol 1.3.1.: Polyploidní série příbuzných polyploidních druhů měla chromozómové počty

18, 27, 36, 45, 63 a 72. Co můžeme říci o genetickém vztahu těchto rostlin?

Úkol 1.3.2.: Na obrázku jsou tobolky a semena durmanu (Datura stramonium). Jedná se o

polyploidní řadu. Úkolem je charakterizovat tuto polyploidní řadu.

Úkol 1.3.3.: Předpokládejme, že alopolyploid, který je výsledkem křížení dvou

nepříbuzných rodičovských druhů: B s 2n = 18 a F s 2n = 14. Jestliže je

alopolyploid křížen zpětně s druhem B, vznikají životné rostliny. Uvažujte, co

můžeme předpokládat, že uvidíme v synapsi během první profáze meiózy? Jaká by

byla odpověď pro zpětné křížení s rodičovským druhem F?

1n 2n 3n 4n 6n 8n

12

Úkol 1.3.4.: Domníváte se, že je možné zkřížit strom kakaovníku s podzemnicí olejnou,

ošetřit sterilního hybrida F1 kolchicinem, aby došlo ke zdvojení počtu chromozómů

a získat alopolyploid, který by produkoval čokoládou obalené oříšky?

Úkol 1.3.5.: Dva diploidní druhy, A a B, jsou blízce příbuzné, zatímco diploidní druh C

není příbuzný k druhu A ani k B. V případě, že by vznikly alopolyploidy A x B a A

x C, jak se budou odlišovat a) ve svém fenotypu? b) v karyotypu? c) ve fertilitě, za

předpokladu, že oba alopolyploidy budou vytvářet květy.?

Úkol 1.3.6.: Autotetraploid má 48 chromozómů. Kolik vazbových skupin bude vytvářet?

Úkol 1.3.7.: Alotetraploid má 48 chromozómů. Kolik vazbových skupin bude vytvářet?

Úkol 1.3.8.: Jaký můžeme předpokládat počet chromozómů v produktech mitózy a meiózy

trizomické buňky (2n + 1)?

Úkol 1.3.9.: Na schématu jsou různé polyploidní rostliny. Jejich společným znakem je, že

pocházejí ze shodného diploidního druhu. Určete kolik chromozómů měl původní

diploidní druh a uveďte názvy všech typů polyploidie, které jsou na obrázku.

A

B

C

D

E

F

13

G

H

Úkol 1.3.10.: Odrůda pšenice seté Chinese Spring má 2n = 42 chromozómů. Pro

aneuploidní analýzu byly připraveny nulizomické linie. V somatických buňkách

bylo 2n –2 = 40 chromozómů. Chromozómy tvořily 20 bivalentů, zapsáno: 20II .

Stejným způsobem zapište vzorce pro všechny typy polyploidů z předešlého úkolu.

14

Procvičovací test - mutace

1. Při tautomerním posunu se mění pozice vodíkových atomů a to má za následek, že

a) adenin se páruje s guaninem a thymin s cytosinem

b) adenin se páruje s cytosinem a guanin s thyminem

c) adenin s adeninem, guanin s guaninem, cytosin s cytosinem a thymin s thyminem.

2. Výsledkem tautomerního posunu je transice a transverze. Tyto dva jevy jsou

charakterizovány:

a) při transici se nemění orientace purinových a pyrimidinových bází, zatímco při

transverzi se jejich orientace mění

b) při transverzi se nemění orientace purinových a pyrimidinových bází, zatímco při

transici se jejich orientace mění

c) orientace bází se mění při transici i transverzi.

3. Enzym fotolyáza působí při

a) reparaci fotoreaktivací

b) excizní reparaci

c) postreplikační reparaci.

4. Dva fenotypy, standardní a mutantní mohou existovat současně, protože

a) mutantní fenotyp se může zpětně měnit na standardní zpětnými mutacemi

b) i když vznikne mutace genotypu, navenek se může projevit tento genotyp jako

standardní nebo mutantní fenotyp

c) prostředí ovlivní, zda fenotyp bude standardní nebo mutantní

5. Existují tyto typy zpětných mutací (reverzí):

a) pravá reverze, postoperační reverze, operační reverze

b) pravá reverze, operační reverze, pseudoreverze

c) pravá reverze, supresorová reverze, postoperační reverze.

15

6. Mezi intragenové mutace patří

a) intragenová translokace, duplikace, delece, transverze

b) reciproká translokace, duplikace, delece, inverze, inzerce

c) duplikace, delece, deficience, inverze, inzerce.

7. Při reciproké translokaci se

a) obnovuje původní genotyp, protože se vyměňují chromozómové úseky mezi

homologními chromozómy

b) vyměňují části nehomologních chromozómů

c) vyměňují části nehomologních chromozómů prostřednictvím crossing-overu.

8. Nondisjunkce při distribuci chromozómů v I metafázi meiotického dělení se

pravděpodobně objeví

a) u alopolyploida

b) u autopolyploida i alopolyploida

c) u autopolyploida

9. Je fertilita vždy větší u autopolyploida než u alopolyploida?

a) ne

b) ano

c) ani jeden není fertilní

10. Jsou pro aneuploidní analýzu vhodnější nulizomici nebo monozomici?

a) monozomici, když fertilita nulizomiků je snížena

b) nulizomici, protože se více odlišují fenotypově navzájem a nevadí jejich menší

fertilita

c) mohou se použít monozomici i nulizomici.

16

2. VZDÁLENÁ HYBRIDIZACE

Genetickou podstatou vzdálené hybridizace je spojení dvou odlišných genomů

s nealelickými geny. Vzdálení hybridi nejčasteji vznikají křížením mezi druhy v rámci

jednoho rodu, křížením mezi rody v rámci jedné čeledi a vzácné je křížení mezi různými

čeleděmi. Vzdálené hybridy můžeme získávat generativní nebo somatickou hybridizací.

Generativní hybridizace znamená křížení dvou systematicky více či méně vzdálených

jedinců, somatickou hybridizaci lze realizovat prostřednictvím fúze protoplastů.

Hybridizace somatických buněk umožňuje získání hybridů lišících se od pohlavních

hybridů hybridním charakterem cytoplazmy, u některých z nich se spojuje hybridní

chyrakter cytoplazmy s jaderným aparátem jednoho rodičů a někdy lze získat somatické

vzdálené hybridy, které nelze získat generativní cestou. Prostřednictvím vzdálené

hybridizace lze provádět transfer a zabudování genů z planých nebo i kulturních

příbuzných druhů do jiného kulturního druhu s cílem zvýšení kvality nebo kvantity genů

podmiňující nejrůznější vlastnosti. Nevýhodou vzdálené hybridizace je mnohdy

nekřižitelnost, nízká fertilita až úplná sterilita a rozsah štěpení v potomstvu.

Existuje několik příčin nekřižitelnosti, z nichž pro nás jsou důležité genetické

příčiny. Jedná se o různé kvantitativní a kvalitativní rozdíly genomů nebo jejich

kombinace:

a) křížení mezi druhy s homologními genomy a stejným počtem chromozómů. Vznikají

plně fertilní hybridi, např. A x A nebo AB x AB

b) druhy mají homologní chromozómy, ale jejich rozdílný počet, např. A x AA

c) druhy mají nehomologní genómy, ale stejný počet chromozómů, např. A x B

d) druhy jsou rozdílné v chromozómech i v jejich počtech, např. A x AB.

Další významná genetická příčina nekřižitelnosti různých genotypů může být jejich

různá kompatibilita tzn., že oplození mohou zabraňovat geny inkompatibility.

V důsledku rozdílných genomů dochází k poruchám při párování chromozómů

v profázi I. meiotického dělení. Poruchy lze odstranit amfidiploidizací, která spočívá ve

zdvojení chromozómů, resp. celých genomů. Výsledkem je hybrid s dvojnásobným počtem

17

chromozómů, které vytvářejí zcela pravidelně chromozómové páry. Amfidiploidizace se

zpravidla provádí kolchicinováním.

Nekřižitelnost a sterilita vzdálených hybridů lze obejít tzv. introgresní hybridizací

nebo translokací, kdy do kulturního druhu, příjemce začleňujeme prostřednictvím adice

nebo substituce místo celých genomů pouze některé chromozómy nebo pouze některé

úseky chromozómů. Tento postup vyžaduje opakovaná zpětná křížení. Jestliže shrneme

jednotlivé způsoby, můžeme je rozdělit následovně:

adice celého genomu

substituce celého genomu

adice chromozómového páru

substituce chromozómového páru

translokace úseků chromozómu

adice celého plazmonu

substituce plazmonu

přenos genetické informace na úrovni organely

Adice celého plazmonu lze provádět pouze fúzí protoplastů, tzn, somatickou

hybridizací, zatímco substituce plazmonu je možná již generativní cestou s využitím

zpětného křížení. Tímto způsobem se například indukuje cytoplazmatická sterilita (CMS),

která je podmíněna geny přítomnými v cytoplazmě. Přenos genetické informace na úrovni

organely je možný opět prostřednictvím protoplastové fúze. Příkladem je spojení

genetických informací Brassica napus, Brassica campestris a Raphanus sativus. Jedním z

možných výsledků somatické hybridizace je Brassica napus, která má jádro Brassica

napus, mitochondrie Raphanus sativus (CMS) a plastidy Brassica campestris (atrazinová

rezistence).

Vzdálená hybridizace má význam pro fylogenetické studie, získávání výchozího

genetického materiálu pro další šlechtění, získávání nových hybridů s hospodářsky

hodnotnými znaky a vlastnostmi a zlepšování stávajících odrůd.

18


Amfidiploidizace Intergenerické křížení Kompatibilita Genom Interspecifické křížení Mimojaderná dědičnost Inkompatibilita Introgresní hybridizace Plazmon


Úkol 2.1.: Karpečenko v roce 1927 mezi sebou křížil dva různé druhy Raphanus sativus

(2n=18) a Brassica oleracea (2n = 18). Tyto dva druhy jsou obtížně křižitelné, ale

přesto byla získána F1 generace, která měla všechny známky sterility.

Chromozómové složení F1 hybrida je na obrázku 2. Chromozómy hybrida v meióze

nevytvářely žádné páry, tvořily pouze univalenty, a proto se také rozcházely zcela

nepravidelně do gamet. Přesto bylo získáno v potomstvu (v F2 generaci) několik

rostlin s 36 chromozómy. Tyto rostliny měly pravidelný průběh meiózy a

vyznačovaly se vysokou plodností. Karpečenko nazval tyto nové alopolyploidní

formy Raphanobrassica.

a) Prohlédněte si obrázek a charakterizujte

F1 a F2 hybrida podle jejich morfologických

charakteristik šešule.

b) Doplňte následující schéma křížení.

c) Kolik chromozómů mohly obsahovat

gamety F1 hybrida?

d) Jak vysvětlíte vznik rostlin s 36

chromozómy v F2 generaci a proč tyto

rostliny měly vysokou plodnost?

e) Jakým jiným způsobem by bylo možné

získat hybrida s 36 chromozómy než

výběrem v rozsáhlém potomstvu F1

generace.

Hybridizace ředkvičky s brukví. (1) šešule ředkvičky, (2) sterilní hybrid,

(3) Raphanobrassica, (4) brukev.

1

19

Raphanus sativus x Brassica oleracea

Genomy:

2n = 2n =

Gamety:

Sterilní hybrid

Genomy: 2n =

Fertilní hybrid: Raphanobrassica

Genomy:

Úkol 2.2.: Budou mezi sebou kříženy dva nepříbuzné rodičovské druhy a vznikne pylově

sterilní hybrid. Druh B bude mít celkem 18 chromozómů, druh C 14 chromozómů.

Zapište křížení těchto dvou druhů tak, aby při zpětném křížení hybrida s rodičem B

výsledný hybrid byl již částečně fertilní a vytvářel 9 bivalentů a 7 univalentů.

Druh B x Druh C

Genomy:

2n = 2n =

Gamety:

n = n =

Hybrid:

Počet bivalentů nebo univalentů:

Hybrid x Druh B

Genomy:

Hybrid:

Počet bivalentů a univalentů:

20

Úkol 2.3.: Někdy se podaří získat plodného hybrida mezi dvěma různými druhy a hybrid

obsahuje pouze haploidní sadu chromozómů z každého rodiče. Jak můžeme tento

jev vysvětlit?

Úkol 2.4.: Po mezidruhové hybridizaci jetele často vznikají sterilní formy, ale po křížení

oktoploidů Trifolium repens (2n = 32) x tetraploidů Trifolium nigrescens (2n = 16)

byly získány fertilní hybridy. Hlavní příčinou neúspěchů v mezidruhovém křížení

je způsobena zesílenou inkompatibilitou po oplození. Pro překonání této zábrany se

úspěšně využívá především techniky embryokultur. Zvolte si označení genomů a

zakreslete schéma křížení.

Úkol 2.5.: Pozorně si prostudujte vývojové schéma Triticum aestivum, doplňte toto

schéma, jestliže znáte následující informace: x = 7

Skupina diploidů, n = 7

Triticum monococcum (genom A) Aegilops bicornis (genom B) Aegilops squarosa

Aegilops speltoides (-„-) (genom D)

Skupina tetraploidů (tvrdé pšenice) (genomy A, B), n = 14

T. dicoccum T. polonicum

T. durum T. dicoccoides

T. turgidum

Skupina hexaploidů (měkké pšenice) (genomy A, B, D), n = 21

T. spelta T. compactum

T. aestivum (vulgare)

21

Vývojové schéma:

Triticum monococcum x Aegilops speltoides nebo Aegilops bicornis

2n = 2n =

Genomy:

Gamety:

Hybrid (genomy):

Triticum dicoccum x Aegilops squqrosa

2n = 2n =

Genomy:

gamety:

Triticum spelta

Genomy:

Triticum aestivum

Genomy:

2n =

mutace a přírodní výběr

22

Úkol 2.6.: Zapište si schéma vzniku dizomické adiční linie a doplňte genomy a počty

chromozómů ve všech generacích a gametách.

Rodičovská linie: Triticum aestivum (P) x Secale cereale (Ž)

21´´ 2n = 7´´ 2n =

Genomy:

Gamety:

Počet chromozómů v gametách:

Sterilní potomstvo: 21´P + 7´Ž ošetření kolchicinem

Fertilní amfidiploidní hybrid: 21´´P + 7´´Ž x 21´´P

zpětné křížení nebo samosprášení

Gamety:

Monozomická adiční linie: 21´´P + 1´Ž samosprášení

Gamety:

Dizomická adiční linie:

Úkol 2.7.: Byl uskutečněn přenos genů podmiňující rezistenci ke rzi travní z Triticum

monococcum do Triticum aestivum. Protože přímé křížení těchto dvou druhů je

velmi obtížné byla použita metoda triploidního můstku tj. křížení s tetraploidní

pšenicí Triticum durum. Doplňte následující schéma.

23

Schéma křížení:

Triticum durum x Triticum monococcum

(náchylné rostliny) (donor genu odolnosti)

2n = 2n =

Genomy:

Hybrid: AAB (triploidní můstek)

Počet bivalentů a univalentů:

BC (zpětné křížení odolných rostlin hybrida): Hybrid x Triticum durum

Genomy:

Gamety:

BC1 Hybrid

2n = 28

Genomy:

(pouze 16 rostlin špatně vyvinutých, z nich 5 rostlin vyrostlo, 4 byly náchylné a pouze 1

odolná)

24

Hybrid x Triticum aestivum

Genomy:

Gamety:

Hybrid

2n = 35

Genomy: x AABBDD

Triticum aestivum „Zlatka“

až do BC4,

Rezistentní Triticum aestivum „Zlatka“:

Základní kritéria při výběru rostlin pro zpětné křížení byla jejich odolnost ke rzi

prověřovaná v klíčním stádiu a v dospělosti, dále vitalita, fertilita a po dosažení

polyploidního počtu 42 chromozómů i tento maximální počet chromozómů.

25

Procvičovací test – vzdálená hybridizace

1. Při vzdálené hybridizaci získáme

a) vždy nový druh

b) pouze někdy nový druh

c) získáme nový druh pouze po amfidiploidizaci

2. Nevýhodou vzdálené hybridizace je

a) nekřižitelnost, nízká fertilita až úplná sterilita, a velký rozsah štěpení v F2 generaci

b) někdy nekřižitelnost a malý genetický polymorfismus v potomstvu

c) nízká křižitelnost, sterilita a proměnlivý rozsah štěpení v F2 generaci

3. Metodou předběžného roubování

a) se změní genotyp podnože

b) se modifikují geny v podnoži

c) lze změnit biochemické složení pletiv a osmotický tlak v buňkách

4. Za genetické příčiny nekřižitelnosti genů můžeme považovat

a) kvalitativní, kvantitativní rozdíly genomů nebo jejich kombinace

b) pouze kvalitativní rozdíly genomů

c) pouze kombinace kvalitativních i kvantitativních rozdílů genomů

5. Druhy s nehomologními genomy se

a) mohou křížit mezi sebou a vznikne i fertilní potomstvo

b) nemohou mezi sebou křížit

c) mohou křížit, ale hybrid je fertilní až po amfidiploidizaci

6. V F2 generaci (v potomstvu vzdáleného hybrida) se vyštěpují

a) intermediární a transgresní fenotypy pouze za podmínky velkého rozsahu jedinců

b) vždy intermediární fenotypy a někdy transgresní fenotypy

c) intermediární fenotypy a transgresní fenotypy

26

7. Amfidiploidizace je

a) spojení dvou sad chromozómů

b) diploidizace dvou homologních genomů

c) zdvojení chromozómů, resp. celých genomů obou rodičů

8. Jednodušším způsobem začleňování genetické informace do cizího genomu je

a) adice

b) substituce

c) není rozdíl mezi adicí a substitucí

9. Adice celého plazmonu lze provádět

a) somatickou hybridizací i generativní cestou

b) generativní cestou s využitím zpětného křížení

c) pouze fúzí protoplastů

27

3. GENETIKA KVANTITATIVNÍCH ZNAKŮ

Na rozdíl od kvalitativních znaků štěpících v jednoznačně rozlišitelných a

ohraničených fenotypových kategoriích a charakterizovaných diskontinuitní proměnlivostí

se kvantitativní znaky vyznačují plynulou proměnlivostí. Také genetické založení

kvantitativních znaků je odlišné od znaků kvalitativních – kvantitativní znaky bývají

podmíněny velkým počtem genů malého účinku (minorgeny či polygeny). U

kvantitativních znaků pak se setkáváme s plynulými přechody fenotypových tříd,

ovlivněnými jak počtem zúčastněných polygenů tak vlivem nedědičné modifikability. U

znaků kvantitativních se také v daleko větší míře projevuje vliv prostředí na celkový

fenotypový projev.

3.1. DĚDIČNOST KVANTITATIVNÍCH ZNAKŮ

Polygenní systém je v nejjednodušším případě složen z neutrálních a aktivních alel.

Genotyp konstituovaný pouze z neutrálních alel má základní genotypovou hodnotu a

aktivní alely pak tuto základní genotypovou hodnotu zvyšují (nebo snižují). Celková

genotypová hodnota je úměrná počtu aktivních alel bez ohledu na jejich příslušnost

k určitému genu daného polygenního systému. Fenotypový projev pak závisí na

genotypové hodnotě a vlivu podmínek prostředí (heritabilitě znaku). Složení generace F2

odpovídá výrazu (a + b)n , kde n je celkový počet alel a a,b označuje aktivní a neutrální

alely. V případě systému tvořeném dvěmy polygeny dostáváme výraz:

(a + b)4 = 1a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + 1b4

kde číselné koeficienty udávají četnosti příslušných genotypů a index počet aktivních a

neutrálních alel.

28

Počet aktivních alel – a 4 3 2 1 0 Počet neutrálních alel – b 0 1 2 3 4 Četnost genotypů 1/16 4/16 6/16 4/16 1/16

K nejjednodušším a nejrozšířenějším vztahům při sledování polygenního systému

patří aditivita. Aditivita představuje prosté sčítání účinku jednotlivých alel. Průměrná

genotypová hodnota hybridní generace (F1, F2, B1 ... ) odpovídá aritmetickému průměru

genotypových hodnot rodičovských komponent při křížení.

2

211

PPFx

42 121

2

FPPFx

4

2 2213

FPPFx

211

1

FPBx

212

2

FPBx

Jako multiplikativní účinky se označuje takový vztah mezi alelami polygenního

systému, kdy se účinky aktivních alel násobí. Průměrná hodnota hybridní generace je pak

geometrickým průměrem hodnot rodičů.

211 PPGF

2

1

212

log31

1P

Pn

FGF n = počet párů genů

29

111 FPGB 122 FPGB

Odhad počtu genů (minimálního počtu zúčastněných párů polygenů)

V případě aditivního působení polygenů lze s určitou pravděpodobností odhadnout

počet genů v polygenním systému. Pro tento odhad byl navržen následující vzorec:

)(8

)(

12

221

FF VVPP

n

kde P1 = průměr hodnoty znaku 1. rodiče, P2 = průměr hodnoty znaku 2. rodiče a VF2,

resp. VF1 je rozptyl (variabilita) hodnot znaku v generaci F1 a F2


Polygeny Neutrální alely Multiplikativní účinky Aktivní alely Aditivita


Úkol 3.1.1.: U tabáku byla sledována délka květní trubky (v mm). V tabulce jsou uvedeny

počty jedinců v dané fenotypové třídě ve sledovaných generacích. Rozhodněte, zda

zúčastněné polygeny mají aditivní nebo multiplikativní účinek.

Gen. Fenotypové třídy v mm 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94 97 100PA 1 21 140 49 PB 13 45 91 19 1 F1 4 10 41 75 40 3 F2 3 9 18 47 55 93 75 60 43 25 7 8 1

Úkol 3.1.2.: Podle tabulky v úkole 3.1.1. odhadněte počet polygenů.

30

Úkol 3.1.3.: Při sledování hmotnosti hlíz brambor byly zjištěny tyto hodnoty:

x PA = 85 g, x PB = 120 g, x F1 = 105 g, x F2 = 115 g

Určete, zda zúčastněné polygeny mají aditivní nebo multiplikativní účinek.

Úkol 3.1.4.: Při sledování hmotnosti palice u kukuřice byly zjištěny tyto hodnoty:

x PA = 140 g, x PB = 380 g, x F1 = 240 g

Určete, zda zúčastněné polygeny mají aditivní nebo multiplikativní účinek.

Úkol 3.1.5.: Odvoďte zákonitosti štěpení polygenního systému s aditivním účinkem

v případě, že neutrální alela má hodnotu 3 a účinek aktivní alely je o 2 jednotky

větší. Určete počet aktivních alel, genotypy, frekvenci genotypů a genotypovou

hodnotu v generacích P, F1 a F2. Neuvažujte vliv prostředí.

P: AA bb CC x aa BB cc

Úkol 3.1.6.: Odvoďte zákonitosti štěpení polygenního systému s aditivním účinkem

v případě, že neutrální alela má hodnotu 4 a účinek aktivní alely je o 2 jednotky

větší. Určete počet aktivních alel, genotypy, frekvenci genotypů a genotypovou

hodnotu v generacích P, F1, F2 a F3. Neuvažujte vliv prostředí.

P: AA BB CC x aa bb cc

Úkol 3.1.7.: Odvoďte zákonitosti štěpení polygenního systému s multiplikativním

účinkem v případě, že genotypová hodnota recesivního homozygota je 2 a každá

aktivní alela tuto hodnotu zdvojnásobí. Určete počet aktivních alel, genotypy,

frekvenci genotypů a genotypovou hodnotu v generacích P, F1 a F2. Neuvažujte

vliv prostředí.

P: AA BB cc x aa bb CC

31

Úkol 3.1.8.: Odvoďte průměrné hodnoty znaku v generacích F1, F2, B1 a B2 v případě

aditivního účinku polygenů. Průměrná hodnota znaku v rodičovské generaci je

PA = 120 g a PB = 420 g. Rodičovské komponenty se liší třemi páry polygenů.

Úkol 3.1.9.: Odvoďte průměrné hodnoty znaku v generacích F1, F2, B1 a B2 v případě

multiplikativního účinku polygenů. Průměrná hodnota znaku v rodičovské generaci

je PA = 120 g a PB = 420 g. Rodičovské komponenty se liší třemi páry polygenů.

Úkol 3.1.10.: Odhadněte počet polygenů působících na znak délka květní trubky u

petunie.

Petunia axillaris PA x = 7,871 sA = 0,224

Petunia violacea PB x = 2,669 sB = 0,080

F1 x = 5,467 sF1 = 0,048

F2 x = 4,953 sF2 = 0,525

Úkol 3.1.11.: U rostlin Sorghum vulgare bylo zjištěno, že geny a1, a2, a3 a a4 zkracují

délku stébla. Výška recesivně homozygotní rostliny je 60 cm. Výška dominantně

homozygotní rostliny je pak 220 cm. Účinek všech genů je aditivní a aktivní alely

všech genů mají stejný účinek. Zjistěte výšku rodičovských komponent a rostlin

generace F1, určete počet fenotypových tříd v generaci F2 a průměrnou výšku

generace F2.

P: A1A1A2A2A3A3a4a4 x a1a1a2a2a3a3A4A4

Úkol 3.1.12.: U hrachu byly kříženy odrůdy s průměrnou délkou lodyhy 45 cm a 75 cm.

Průměrná délka rostlin generace F1 byla 60 cm. V generaci F2 bylo celkem

hodnoceno 4000 rostlin. Pět rostlin v generaci F2 dosáhlo nejmenší zjištěné délky

35 cm a tři rostliny dosahovaly délky 85 cm.

Určete kolika páry polygenů je podmíněn sledovaný kvantitativní znak a jaký

fenotypový účinek má každá aktivní alela. Dále určete v jaké frekvenci v generaci

32

F2 vyštěpí rostliny fenotypově a genotypově shodné s rodičovskými

komponentami. Frekvenci vyštěpení vyjádřete v % i absolutním počtem rostlin.

Úkol 3.1.13.: Po křížení linií kukuřice, které měly průměrnou výšku 122 a 186 cm

v generaci F1 vyštěpily rostliny s průměrnou výškou 154 cm. V generaci F2 bylo

hodnoceno 500 rostlin. Dvě rostliny měly průměrnou výšku 122 cm a tři rostliny

186 cm.

Určete kolika páry polygenů je podmíněn znak výška rostliny a jaký fenotypový

účinek má každá aktivní alela. Dále určete s jakou pravděpodobností lze v generaci

F2 očekávat výskyt rostlin s průměrnou výškou 154 cm a 162 cm. Jakých genotypů

bude v generaci F2 nejvíce ?

Úkol 3.1.14.: Šlechtitel chce získat odrůdu hrachu se svraskalými semeny a s lodyhou o

délce 85 cm. K dispozici má linii s délkou lodyhy 85 cm s kulatými semeny a linii

o délce 35 cm plodící svraskalá semena. U hrachu gen R řídí tvar semen (úplně

dominantní alela R kulovitý tvar semena a recesivní alela svraskalý tvar semene –

genotyp s recesivní sestavou alel rr nevytváří jako zásobní látku škrob, svraskalý

tvar semene vzniká jako důsledek vysychání cukerného roztoku obsaženého

v semeni během dozrávání). Při křížení dvou linií o průměrné délce lodyhy 35 a 85

cm v generaci F1 vyštěpují jedinci s lodyhou o průměrné délce 60 cm. V generaci

F2 vznikají rodičovské genotypy s frakvencí 0,2 %.

Určete s jakou pravděpodobností lze získat požadovanou šlechtitelskou novinku.

V jakém podílu budou v generaci F2 zastoupeny rostliny o průměrné délce lodyhy

70 cm s kulatými semeny a v jaké frekvenci vyštěpí rostliny o průměrné délce

lodyhy 40 cm se svraskalými semeny.

33

Úkol 3.1.15.: Šlechtitel má k dispozici 10 rostlin kukuřice, které jsou vysoké 190 cm.

Provádí párové křížení a potomky všech pěti kříženců po několik let samoopyluje,

přičemž vybírá v každé generaci vyšší rostliny.

Výsledky uvedených pěti křížení jsou následující:

Kříženec 1 dává vznik pouze potomkům 190 cm vysokým, selekce na vyšší výšku nebyla úspěšná

Kříženec 2 v potomstvu jsou rostliny o výšce 170 až 210 cm, výběr je neúspěšný nad výškou 210 cm

Kříženec 3 dává vznik potomkům s výškou 180 až 200 cm a výběrem je možno dosáhnout výšky 230 cm

Kříženec 4 potomstvo má výšku 170 až 210 cm, selekcí je možno dosáhnout výšky 230 cm

Kříženec 5 dává vznik potomstvu o výšce 170 až 210 cm, výběrem lze dosáhnout výšky až 250 cm

Vysvětlete tyto výsledky a uveďte genotypy výchozích rodičovských rostlin.

3.2. STANOVENÍ SLOŽEK GENETICKÉ A NEGENETICKÉ VARIABILITY

Fenotypová hodnota kvantitativních znaků je určována dvěma faktory - genetickým

založením, tj. genotypovou hodnotou daného znaku, která je konstantní, a faktory

prostředí, které se během ontogeneze neustále mění a vliv podmínek prostředí je odlišný i

na různé jedince. Každý genotyp má vymezený rozsah, normu reakce, kde je schopen

reagovat na změny prostředí. Tento rozsah účinnosti určuje teoreticky možné rozpětí

fenotypové hodnoty. Prostředí a interakce genotypu a prostředí pak rozhodují o konkrétní

fenotypové hodnotě znaku.

Fenotypová (celková) variabilita (VF) zahrnuje jak variabilitu genotypovou, tak

variabilitu vyvolanou podmínkami prostředí a jejich vzájemnou interakcí:

VF = VG + VE + VGE

kde VF = fenotypová variabilita, VG = genotypová variabilita, VE = varibilita působená

prostředím a VGE = interakce genotypu a prostředí.

34

Genetická variabilita (VG ) je určena genetickým založení kvantitativního znaku.

Podle působení a vztahu jednotlivých genů polygenního systému může být genetická

variabilita podmíněna aditivní složkou (VA - jednotlivé alely jsou neúplně dominantní a

jejich účinky se sčítají), dominantní složkou (VD - jednotlivé alely jsou úplně dominantní),

a komplementární složkou (VK - k projevu znaku je nutná přítomnost více dominantních

alel současně).

VG = VA + VD + VK

Fenotypová variabilita je pak vyjádřena následujícím vztahem:

VF = VA + VD + VK + VE + VGE

V polygenním systému se kromě aditivity a multiplikativních projevů objevuje i

různý stupeň dominance mezi zúčastněnými alelami. Protože účinky jednotlivých genů v

polygenním systémy není možné zjistit, hodnotí se výsledná celková dominance celého

polygenního systému. Dominantní efekty lze znázornit na následujícím modelu:

homozygotní genotypy AA a aa mají výrazně odlišný fenotypový projev, střed má

nulovou hodnotu, genotypová hodnota jedince je definována pomocí parametru d

(odchylky od středové hodnoty).

aa AA |–––––––––––––––––|––––––––––––––––––|––––––––––––– -d 0 +d Aa1

Aa3

Aa2

Aa4

Stupeň dominance je v tomto modelu vyjádřen pomocí parametru (šipky) h. Při

porovnání parametrů dominance a genotypové hodnoty (h a d) lze získat následující stavy:

h

35

Aa1 nepřítomnost dominance h = 0 h/d = 0

Aa2 úplná dominance h = d h/d = 1

Aa3 neúplná dominance h < d h/d < 1

Aa4 superdominance h > d h/d > 1

Rozlišení složky genetické variability na složky aditivní a složky dominantní je

možné na základě rozkladu variability F2 generace a variability zpětných křížení (F2)

výpočtem Matherových parametrů. V tomto případě parametr A označuje účinek všech

aditivních genů a parametr D účinek všech dominantních genů. Variabilita vyvolaná

prostředím je označene E. Celková variabilita v jednotlivých generacích u samosprašných

rostlin je pak dána následujícími vztahy:

EVP 1

EDAVF 4/12/12

EVP 2

EDAVB 4/14/11

EVF 1

EDAVB 4/14/12

Stupeň dominance je dán poměrem účinku dominantních a aditivních genů podle

následujícího vztahu:

ADSD

SD = 1 – úplná dominance, SD < 1 – neúplná dominance, SD > 1 – superdominance,

36

Obdobně lze postupovat u variability působené prostředím a na základě

modifikované vícefaktorové analýzy rozptylu (variance) lze rozložit hodnotu VE na

jednotlivé složky (zjistit např. vliv ročníku, lokality, interakcí...). Tento postup lze použít

např. u hodnocení dat polních pokusů, kdy výnos plodiny je ovlivněn následujícími

faktory:

X = x + o + r + l + or + ol + rl + orl + e

kde x je průměrná hodnota výnosu, o = vliv odrůdy, r = vliv ročníku, l = vliv lokality,

or = interakce odrůdy a ročníku, ol = interakce odrůdy a lokality, rl = interakce ročníku a

lokality, orl = interakce odrůdy, ročníku a lokality a e = vliv náhodných faktorů prostředí.

Odhad složek variability lze zjistit z výsledků třífaktorové analýzy rozptylu podle

následující tabulky:

Zdroj variability Stupně volnosti Označení Odhad složek variability

Odrůda (o – 1) V1 s2e + l s2

or + r s2lo + lr s2

o Ročník (r – 1) V2 s2

e + o s2lr + l s2

or + lo s2r

Lokalita (l – 1) V3 s2e + o s2

lr + r s2lo + ro s2

l O x R (o – 1)(r – 1) V4 s2

e + l s2or

O x L (o – 1)(l – 1) V5 s2e + r s2

lo L x R (l – 1)(r – 1) V6 s2

e + o s2lr

Reziduální V7 s2e

Celková orl – 1 Obecně lze výpočet jednotlivých složek variability vyjádřit vztahy:

rl

VVVVso

75412

l

VVsor

742

lo

VVVVsr

74622

r

VVsol

752

ro

VVVVsl

75632

o

VVslr

762

37


Fenotypová hodnota Nepřítomnost dominance Neúplná dominance Stupeň dominance Úplná dominance Superdominance Matherovy parametry


Úkol 3.2.1.: Stanovte Matherovy parametry a stupeň dominance pro znak počet klásků v

klase pšenice pro následující křížení.

P1 12 15 13 14 14 12 14 16 P2 18 19 22 18 17 19 20 20 F1 16 16 18 14 17 16 15 14 F2 12 19 13 19 14 20 12 18 B1 12 12 17 18 18 13 13 13 B2 22 17 15 22 15 16 18 17

Úkol 3.2.2.: Z výsledků zkoušek výkonu odhadněte složky variability. V tabulce je

uveden průměrný výnos zelené hmoty u pokusu s pícními travami ze 4 opakování.

Odrůda 1 – JM Lolita, 2 – KR Kora, 3 – MRK Felina.

Lokalita Ročník Odrůda 1 2 3 S A 1 11 17 23 51 2 16 23 30 69 3 9 14 18 41 S 36 54 71 161 B 1 8 11 17 36 2 11 14 21 46 3 7 10 13 30 S 26 35 51 112 C 1 23 29 44 96 2 29 39 59 127 3 17 28 32 77 S 69 96 135 300 Celkem 1 42 57 84 183 2 56 76 110 242 3 33 52 63 148 S 131 185 257 573

38

Úkol 3.2.3.: Stanovte Matherovy parametry a stupeň dominance z následujících křížení u

kukuřice pro znak počet řad zrn v palici.

P1 10 10 9 10 9 10 11 11 10 11 P2 21 21 19 20 19 20 21 21 20 22 F1 16 15 14 15 14 15 16 16 15 16 F2 18 16 8 13 17 11 22 18 12 12 B1 14 14 9 10 9 12 16 16 10 16 B2 22 20 13 15 14 20 22 22 16 23

Úkol 3.2.4.: Z výsledků zkoušek výkonu odhadněte složky variability. V tabulce je

uveden výnos zelené hmoty u pokusu s pícními travami se 4 opakováními. Odrůda

1 – Bečva, 2 – Perun, 3 – Felina, 4 - Hykor.

Větrov, 1994: Větrov, 1995:

1 2 3 4 1 2 3 4 14,5 12,6 9,5 16,8 15,2 13,1 9,8 16,6 14,6 11,9 10,1 17,2 14,9 12,2 10,5 17,0 13,8 12,3 8,9 15,8 14,2 12,6 9,2 15,5 15,6 14,2 11,5 17,5 15,1 13,9 11,8 17,2

H.Životice, 1994: H.Životice, 1995:

1 2 3 4 1 2 3 4 15,1 13,1 10,2 16,5 15,5 13,5 10,6 16,9 14,9 12,9 10,1 16,3 15,6 13,6 10,2 16,5 15,2 13,2 9,8 16,4 14,9 13,2 10,3 16,4 14,8 12,8 10,2 16,8 15,3 13,8 10,4 16,7

Kaplice, 1994: Kaplice, 1995:

1 2 3 4 1 2 3 4 12,5 10,5 7,8 14,5 13,2 10,8 8,1 14,8 12,8 10,7 8,2 14,8 12,8 11,1 8,2 14,5 12,2 9,8 8,1 15,1 13,1 10,2 7,9 14,9 11,9 10,3 7,9 14,6 12,9 10,2 7,8 14,8

39

3.3. KOEFICIENT HERITABILITY

Při posuzování dědičnosti kvantitativních znaků je nezbytné určit do jaké míry je

znak podmiňován genetiky a v jakém rozsahu je ovlivňován negenetickými faktory, tj.

určit míru vliv genotypu a prostředí na utváření daného znaku.

Účinnost šlechtitelské práce, resp. výběru u kvantitativních znaků, závisí na míře

ovlivnění geneticky podmíněného znaku modifikačními vlivy prostředí. Se stoupajícím

vlivem prostředí na fenotypový projev daného znaku klesá možnost správně odhadnout

genotyp, genetickou hodnotu znaku, která je vzrůstajícím vlivem prostředí zastřena. V

opačném případě, kdy vliv prostředí je malý, je i malá modifikace genotypové hodnoty

faktory prostředí a možnost výběru nejlepších (resp. žádoucích) genotypů na základě

posouzení jejich fenotypů je větší.

Shoda mezi rodiči a jejich potomstvem závisí na rozsahu genetické variability a

také na variabilitě nedědičné. Vzájemný poměr genetické variability a nedědičné

variability pak vyjadřuje koeficient heritability (dědivosti):

VVH

F

G

kde VG je variabilita genotypová a VF je celková variabilita fenotypová. Protože hodnota

fenotypové variability je dána součtem variability genotypové a variability působené

prostředím, lze koeficient heritability vyjádřit i následujícím způsobem:

VV

VHEG

G

Hodnotu genotypové variability ale není možné přímo určit. Při jejím stanovení se

u druhů, kde je možné získat čisté linie nebo klony, vychází z možnosti určit hodnotu

variability vyvolané prostředím. Např. u samosprašných rostlin je variabilita generace F1

40

vyvolána pouze nedědičnými vlivy prostředí a na variabilitě generace F2 se podílí složka

genetická i negenetická:

F

FF

VVV

H2

12)(

V užším smyslu lze vyjádřit koeficient heritabilty z Matherových parametrů (pro

aditivní geny):

2

212)(2

F

BBF

V

VVVH

V případě souboru čistých linií je možné koeficient heritability vyjádřit

následujícím způsobem:

F

nF

F

EF

V

VV

VVV

HL )()(

kde VF je variabilita celého souboru a VL je variabilita jednotlivé linie (VL/n

představuje průměrnou variabilitu čisté linie a tedy i průměrný vliv prostředí na hodnotu

daného znaku).

Pro výpočet koeficientu dědivosti se využívají i další metody založené na výpočtu

regresních vztahů mezi rodiči a jich potomky nebo sourozenci:

n

xx

yxnyxH 2

2

kde x je hodnota znaku rodiče, y hodnota znaku potomka.

41

Koeficient heritability lze vypočítat i z odhadnutého rozsahu nedědičné variability.

Rozsah nedědičné variability (vyjádřený pomocí variačního koeficientu) je při standardní

technologii pěstování na úrovni jednotlivých plodin relativně stálý a vyjadřuje vliv

prostředí na úroveň daného znaku. Směrodatná odchylka daného vzorku (varianty) pak

určuje míru celkové fenotypové variability.

x

sV E

K

F

EF

VVV

H)(

Hodnotu koeficientu heritability je možné vypočítat i na základě použití výsledků

jedno- nebo dvoufaktorové analýzy rozptylu.

Jednofaktorová analýza rozptylu Dvoufaktorová analýza rozptylu Zdroj variability Označení Zdroj variability Označení Faktor A – linie (odrůdy) M1 Faktor A – roky M1 opakování M2 Faktor B – odrůdy M2 reziduální M3 interakce AxB M3 reziduální M4

jednofaktorová analýza rozptylu:

1

3

1

311 M

MM

MMH

dvoufaktorová analýza rozptylu:

aoM

ao

MM

aoMM

aoMM

H

4

43

32

32

o = opakování, a = roky

42


Heritabilita Variabilita celková Variabilita genotypová


Úkol 3.3.1.: Vypočítejte koeficient heritability pro znak počet řad zrn v palici kukuřice.

F1 - 12 – 14 – 14 – 13 – 12 – 11 – 12 – 14 – 18 – 15

F2 - 16 – 8 – 12 – 10 – 11 – 15 – 9 – 18 – 14 – 16

Úkol 3.3.2.: Vypočítejte koeficient heritability pro výnos zrna na rostlinu u pšenice.

F1 - 1,26 – 0,78 – 1,32 – 1,05 – 0,95 – 2,56 – 1,94 – 2,95 – 1,14 – 1,16

F2 - 1,22 – 0,95 – 2,54 – 1,13 – 1,12 – 0,81 – 1,20 – 0,57 – 3,05 – 1,54

Úkol 3.3.3.: Stanovte koeficient heritability pro znak počet plodných klásků v klasu

pšenice u následujícího souboru linií.

A 18 19 18 21 20

B 21 22 19 20 21

C 16 15 14 17 15

D 12 10 8 11 12

E 19 17 15 16 16

Úkol 3.3.4.: Stanovte koeficient heritability pro rezistenci vůči rzi travní u pšenice na

základě bodového hodnocení šlechtitelských linií.

A 5 6 5 5 6

B 9 9 9 8 9

C 7 8 8 9 7

D 2 3 2 2 2

E 4 5 6 5 5

43

Úkol 3.3.5.: Vypočítejte koeficient heritability pro znak hmotnost plodu papriky u klon-

liniových hybridů.

x = rodič 120 150 130 210 160 170 140 120 190 170

y = potomek 140 120 150 190 140 200 130 140 160 210

Úkol 3.3.6.: Určete koeficient heritability na základě výsledků testovacího křížení u

mrkve.

rodič 15 16 17 12 18 19 17 15 14 12

potomek 19 16 15 14 17 16 15 14 13 15

Úkol 3.3.7.: Vypočtete koeficient heritability z odhadnutého rozsahu nedědičné

variability. Průměrný výnos zrna pšenice na kmen je 21g, s = 12. Variační

koeficient pro tento znak je 45 %.

Úkol 3.3.8.: Vypočtete koeficient heritability z odhadnutého rozsahu nedědičné

variability. Průměrný výnos hlíz brambor v klonu je 7,5 kg, s = 0,74. Rozsah

nedědičné variability pro tento znak je 3,2 %.

Úkol 3.3.9.: Vypočtete koeficient heritability pro znak technická délka stonku lnu.

V pokuse byly sledován 4 odrůdy ve 4 opakováních.

Zdroj variability

Variabilita součet čtverců označení

Odrůdy 72,84 M1 Opakování 4,01 M2 Reziduální 82,59 M3

44

Úkol 3.3.10.: Vypočítejte koeficient heritability pro znaky hmotnost zrna na rostlinu a

hmotnost zrna na klas. V pokuse bylo zkoušeno po 3 roky 40 linií ve 4

opakováních.

Zdroj variability

Variabilita hmotnost zrna na

rostlinu hmotnost zrna na

klas označení

Roky 8,5 2,20 M1 Linie 3,7 0,50 M2 Interakce AxB 1,8 0,13 M3 Reziduální 0,3 0,02 M4

3.4. GENETICKÝ ZISK

Genetický zisk vyjadřuje rozdíl mezi průměrnou hodnotou znaku výchozí populace

a průměrnou hodnotou znaku potomstva vybraných jedinců. Hodnota genetického zisku, tj.

velikost odchylky mezi průměrnými hodnotami daného znaku u porovnávaných populací,

závisí na přísnosti výběru (podílu vybraných jedinců), koeficientu dědivosti a směrodatné

odchylce znaku v populaci, ve které provádíme výběr.

sHkG

kde G je genetický zisk, k koeficient přísnosti výběru, H koeficient heritability a

s směrodatná odchylka výběrového souboru. Hodnota koeficientu přísnosti výběru závisí

na podílu jedinců, vybraných z původní populace:

Pp

k

kde p je hodnota pořadnice, odpovídající danému podílu vybraných jedinců P.

45

p- poradnice

P - podil nejlepsich jedincu

kvantil

Procenta vybraných jedinců

Koeficient přísnosti výběru

Kvantil Pořadnice Podíl vybraných jedinců */

0,1 4,30 3,09 0,0043 0,001 1 2,64 2,33 0,0264 0,01 5 2,05 1,65 0,1023 0,05 10 1,76 1,28 0,1758 0,1 20 1,40 0,84 0,2803 0,2

*/ plocha odečtená z křivky normálního rozdělení

Prumer vybraných jedincu

Gz - genetický zisk Ds - selekcní rozdíl

Potomstvo vybraných jedincu

46


Genetický zisk Dědivost Přísnost výběru Výběrový soubor Pořadnice


Úkol 3.4.1.: Zjistěte průměrnou výšku potomstva tří nejvyšších rostlin lnu z generace F1 a

tří nejvyšších rostlin z generace F2. Tabelovaná hodnota pořadnice je 0,3478.

F1 - 82 – 91 – 87 – 88 – 92 – 89 – 94 – 96 – 88 – 86

F2 - 75 – 94 – 89 – 104 – 86 – 77 – 96 – 82 – 85 – 102

Úkol 3.4.2.: Vypočítejte průměrnou hmotnost palice potomstva nejlepší rostliny kukuřice

z generace F2. Tabelovaná hodnota pořadnice je 0,1354.

F1 - 320 – 310 – 295 – 315 – 310 – 310 – 320 – 300 – 300 – 320 – 315 – 305 – 310 – 315

F2 - 280 – 315 – 330 – 295 – 320 – 310 – 310 – 325 – 335 – 275 – 315 – 320 – 305 – 335

Úkol 3.4.3.: Vypočítejte průměr potomstva 1% nejlepších rostlin z populace brambor, kde

průměrná hmotnost hlízy je 125 g a směrodatná odchylka analyzovaného vzorku

35. Rozsah nedědičné variability je 15%.

Úkol 3.4.4.: Zjistěte průměrnou hodnotu počtu klásků v klase pšenice u potomstva

nejlepší rostliny pšenice z následujícího souboru. Rozsah nedědičné variability je

5%.

19 – 18 – 21 – 20 – 20 – 17 – 18 – 19 – 21 – 22 – 22 – 21 – 20 – 19 – 18 – 19 – 19 –

21 – 22 – 19

Úkol 3.4.5.: Zjistěte průměrnou hodnotu HTS potomstva nejlepší rostliny pšenice

z následujícího souboru. Rozsah nedědičné variability je 10%.

37 – 42 – 35 – 36 – 46 – 32 – 36 – 38 – 36 – 39 – 39 – 41 – 37 – 34 – 30 – 32 – 32 –

36 – 34 – 37

47

Úkol 3.4.6.: Ze souboru rostlin žita vyberte 1% nejnižších rostlin a vypočítejte průměrnou

výšku potomstva. Průměrná výška výchozí populace je 132 cm, s = 29. Rozsah

nedědičné variability je 10%.

Úkol 3.4.7.: Ze souboru rostlin žita vyberte 0,1% nejnižších rostlin a vypočítejte

průměrnou výšku potomstva. Průměrná výška výchozí populace je 132 cm, s = 29.

Rozsah nedědičné variability je 10%.

Úkol 3.4.8.: Průměrná hodnota obsahu oleje v semeni řepky je u šlechtitelské linie 48%.

Rozsah nedědičné variability je 6,5% a směrodatná odchylka zjištěná u souboru

rostlin je 5. Vyberte 0,5% nejlepších rostlin a zjistěte průměrnou hodnotu

potomstva. Kvantil omezující 0,5% nejlepších rostlin je 2,576 a pořadnice pro tento

kvantil je 0,0145.

Úkol 3.4.9.: Průměrná hodnota obsahu glukosinolátů v semeni řepky je u šlechtitelské

linie 22 µmol. Rozsah nedědičné variability je 62% a směrodatná odchylka zjištěná

u souboru rostlin je 16. Vyberte 0,5% nejlepších rostlin a zjistěte průměrnou

hodnotu potomstva. Kvantil omezující 0,5% nejlepších rostlin je 2,576 a pořadnice

pro tento kvantil je 0,0145.

Úkol 3.4.10.: Vypočítejte hodnotu genetického zisku po výběru 5% nejlepších jedinců, za

předpokladu, že pro daný znak platí:

H = 0,4 x = 24 g s = 4 g

H = 0,6 x = 24 g s = 4 g

H = 0,8 x = 24 g s = 4 g

48

Procvičovací test – kvantitativní znaky

1. Kvantitativní znaky se vyznačují proměnlivostí

a) diskontinuitní

b) kontinuitní

c) žádnou

2. Kvantitativní znaky bývají podmíněny

a) velkým počtem polygenů

b) velkým počtem majorgenů

c) jedním majorgenem

3. Celková genotypová hodnota je dána

a) počtem neutrálních alel

b) počtem aktivních alel bez ohledu na jejich příslušnost k určitému polygenu

c) počtem aktivních alel prvního genu polygenního systému

4. Aditivita je představována

a) prostým sčítáním účinku jednotlivých alel

b) násobením účinku jednotlivých alel

c) sčítáním účinku neutrálních alel

5. Celková variabilita zahrnuje variabilitu

a) pouze genotypovou

b) pouze epigenetickou

c) genotypovou, var. podmíněnou prostředím a jejich interakcí

6. V případě nepřítomnosti dominance je fenotypový projev heterozygota Aa

a) shodný s fenotypovým projevem homozygota AA

b) shodný s fenotypovým projevem homozygota aa

c) přesně uprostřed mezi fenotypem AA a aa

49

7. V případě superdominance je fenotypový projev heterozygota Aa

a) shodný s fenotypovým projevem homozygota AA

b) výrazně lepší než fenotypový projev homozygota AA

c) výrazně horší než fenotypový projev homozygota AA

8. Rozlišení složek genetické variability na složky dominantní a aditivní je možné na

základě

a) rozkladu variability generace F2 pomocí analýzy rozptylu

b) rozkladu variability generace F2 výpočtem Matherových parametrů

c) rozkladu variability generace F2 a zpětných křížení výpočtem Matherových

parametrů

9. Koeficient heritability

a) je výsledkem šlechtitelské práce

b) vyjadřuje podíl genetické variability na celkové variabilitě daného znaku

c) vyjadřuje podíl epigenetické variability na genetické variabilitě daného znaku

10. Genetický zisk

a) je rozdíl mezi hodnotou znaku nejlepšího jedince v populaci a průměrem

b) je rozdíl mezi hodnotou znaku nejlepšího jedince v potomstvu a průměrem

rodičovské populace

c) je rozdíl mezi průměrnou hodnotou znaku potomstva a průměrem rodičovské

populace

50

4. GENETIKA POPULACÍ

Genetická populace je protikladem čisté linie - populaci představuje soubor jedinců

jednoho druhu, kteří se odlišují genotypově i fenotypově. Populace produkuje společný

fond gamet a zygot, z něhož vzniká další generace. Soubor všech genů obsažených

v gametách představuje genový fond populace (genofond). Pro dělení populací je určující

způsob rozmnožování - populace lze dělit na:

populace autogamické (populace samosprašných rostlin)

populace alogamické (populace cizosprašných rostlin, rozmnožující se volným

sprašováním)

Krajním případem (resp. modelovým) u alogamické populace je

populace panmiktická.

Panmixe označuje jev, kdy v rámci gametového fondu populace existuje stav, že

jakákoli samčí gameta může se stejnou pravděpodobností splynout s jakoukoli samičí

gametou (všechny samčí a samičí gamety mají stejnou životnost a rovněž všechny vzniklé

zygoty mají stejnou životnost).

Panmiktická a autogamická populace představují dva extrémní případy v chápání

genetické populace. V přírodních podmínkách se setkáváme s různými přechody od téměř

úplné autogamie po vysoký stupeň alogamie.

4.1. GENOVÉ A GENOTYPOVÉ FREKVENCE V POPULACI

V panmiktické populaci se za ideálních podmínek vytváří rovnovážný stav

v zastoupení dominantních a recesivních alel a tomu odpovídající rovnováha v zastoupení

homozygotů a heterozygotů. Tato rovnováha je zachovávána do té doby, po kterou na

populaci nepůsobí vlivy, které rovnovážný stav narušují (např. selekce, mutace…).

Sledujeme-li jeden alelický pár, lze rovnovážný stav vyjádřit Hardy – Weinbergovým

zákonem:

51

12 22 aaAaAA qpqp

Tato rovnice vyjadřuje rovnováhu na úrovni genotypových frekvencí:

1 rhd

kde d = frekvence dominantních homozygotů (p2), h = frekvence heterozygotů (2pq),

r = frekvence recesivních homozygotů (q2). Genotypové frekvence vypočteme jako podíl

jedinců dané genotypové třídy a celkového počtu jedinců N:

1N

R

N

H

N

D

Rovnovážný stav v populaci lze vyjádřit i pomocí genových frekvencí - frekvence

p = frekvence dominantní alely, q = frekvence recesivní alely. Z Hardy – Weinbergova

zákony vyplývá, že

1)( 2 qp tj. 1)( qp

a frekvenci dominantní či recesivní alely lze vypočítat pomocí rovnic

)1( qp )1( pq

Genové frekvence p a q lze vyjádřit i na základě rozkladu Hardy – Weinbergova

zákona za využití genotypových frekvencí:

hdp 2/1 hrq 2/1

52

rq 2 rq

Vztah mezi genovými a genotypovými frekvencemi ve velké panmiktické populaci

v rovnováze uvádí následující obrázek:

frekvence q

frek

ven

ce

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

AA aa

Aa


Genové frekvence Hardy-Weinbergův zákon Rovnovážný stav v populaci Genotypové frekvence Populace panmiktická


Úkol 4.1.1.: Zjistěte genové frekvence v populaci, za předpokladu, že v populaci o 1000

jedincích se nalézá rozdílný počet jedinců s recesivním fenotypem (viz. tabulka).

Frekvence Počet jedinců s recesivním fenotypem 1 10 50 100 500 950 p q

Úkol 4.1.2.: Podle tabulky a genových frekvencí z příkladu 4.1.1. určete genotypové

frekvence v populaci.

53

Úkol 4.1.3.: Zjistěte genotypové složení odrůdy typu populace u okrasné slunečnice, kde

vyštěpilo 9% bíle kvetoucích rostlin. Barva květu je řízena monogenně, žlutá barva

květu je dominantní nad bílou.

Úkol 4.1.4.: Vypočítejte genové frekvence a genotypové složení populace u odrůdy žita,

v případě, že v analyzované populaci o počtu 12420 jedinců bylo nalezeno 435

rostlin netvořících antokyanové zabarvení koleoptile. Neschopnost tvořit toto

zabarvení koleoptile je u žita recesivním znakem. Určete podíl homozygotních

jedinců v dané populaci.

Úkol 4.1.5.: Zbarvení semene řepice je řízeno dvěma alelami ya a yb. Homozygotní

rostlina yaya má hnědé zbarvení zrna, heterozygot yayb má světle hnědé (žluto

hnědé) zrno a homozygot ybyb má žlutě zbarvené zrno. Zjistěte, zda tři sledované

populace z geograficky odlišných oblastí jsou v genetické rovnováze. Výsledek

ověřte X2 testem.

Populace Počet rostlin Podíl semen hnědá žl.-hnědá žlutá Austrálie 14640 29,1 49,6 21,3 j Indie 12850 83,5 15,6 0,9 stř Asie 4230 6,5 26,1 67,4

Tabulka X2 testu: Stup. volnosti

P 0,99 0,98 0,95 0,90 0,80 0,70 0,50 0,30 0,20 0,10 0,05 0,02 0,01

1 0,000 0,001 0,004 0,02 0,06 0,15 0,46 1,07 1,64 2,71 3,84 5,41 6,64 2 0,02 0,04 0,10 0,21 0,45 0,71 1,39 2,41 3,22 4,61 5,99 7,82 9,21 3 0,12 0,19 0,35 0,58 1,01 1,42 2,37 3,67 4,64 6,25 7,82 9,84 11,34 4 0,30 0,43 0,71 1,06 1,65 2,20 3,36 4,88 5,99 7,78 9,49 11,67 13,28 5 0,55 0,75 1,15 1,63 2,34 3,00 4,35 6,06 7,29 9,24 11,07 13,39 15,09

54

Úkol 4.1.6.: V populaci knotovky bílé (dvoudomá rostlina) je sledován gen podmiňující

šířku listové čepele. Tento gen s úplnou vazbou na pohlaví je lokalizován

v diferenciální části X chromozómu. Ve sledované populaci bylo 100 rostlin

samčích a 100 rostlin samičích. Recesivní sestava genu nn určuje vznik úzkolisté

formy, zcela dominantní alela N pak vytvoření široké čepele listu.

Výsledky štěpení v populaci:

Samičí rostliny - XX Samčí rostliny - XY genotyp NN, Nn nn N- n- fenotyp širokolistá úzkolistá širokolistá úzkolistá počet 84 16 67 33

Zjistěte, zda je populace v rovnováze. Vypočítejte genové a genotypové frekvence

v populaci u každého pohlaví zvlášť. Kriterium rovnováhy je

pf = pm qf = qm

nebo p = 2/3 pf + 1/3 pm q = 2/3 qf + 1/3 qm

(k těmto hodnotám se porovnávají průměrné hodnot p,q z obou pohlaví).

Úkol 4.1.7.: Odvoďte genetickou rovnováhu u syntetické populace, která vznikla

smísením dvou rozdílných populací při panmiktickém způsobu rozmnožování.

Výchozí populace:

1 AA + 1 aa x 4 AA + 3 Aa + 2 aa

Rovnováhy je dosaženo, když se nemění poměr dominantních a recesivních alel.

Odvoďte gamety u obou populací a vytvořte následnou populaci. Spočítejte poměr

A : a ve výchozí populaci a následné populaci. Jestliže se poměry shodují, je

syntetická populace v rovnováze. V opačném případě je nutno vytvořit další

generaci a opět ověřit rovnováhu.

Úkol 4.1.8.: Zjistěte genotypové složení populace žita, když v populaci o 15350 jedincích

bylo zjištěno 368 rostlin s neschopností tvořit anthokyanové zabarvení koleoptile.

55

4.2. DYNAMIKA AUTOGAMICKÉ POPULACE

V autogamické populaci dochází k opylování vlastní pylem a zvyšuje se i

pravděpodobnost setkání stejných gamet. Tento fakt v konečném důsledku zvyšuje

pravděpodobnost vzniku homozygotů a vede k homozygotizaci populace. Konečným

výsledkem autogamie je soubor (téměř) homozygotních linií. Počet linií odpovídá

teoretickému počtu možných typů gamet v populaci 2n , kde n = počet heterozygotních

genových párů.

Podíl úplných homozygotů v generacích po křížení rodičovských linií je dán

vztahem:

n

m

m

mF

1

1

212

Podíl úplných homozygotů v generacích samosprášení je dán vztahem:

n

m

m

mI

212

kde m = generace po křížení (Fm) nebo samosprášení (Im) a n = počet heterozygotních

genových párů.

Podíl heterozygotů (stupeň heterozygotnosti populace) se sníží o polovinu hodnoty

v předchozí generaci. Heterozygoti se v důsledku autogamie rozpadávají na úplné

homozygoty, heterozygoty stejného řádu a hlavně pak na heterozygoty nižších řádů.

Autogamie mění složení populace (úplní homozygoti - heterozygoti různých řádů)

v souladu s následujícím vztahem:

56

n

mfr

121

Výpočtem rozvinutého dvojčlenu [1 + (2m-1-1)]n = [a + (b)]n lze odvodit složení

populace z hlediska zastoupení homozygotů a různých heterozygotů.


Autogamická populace Stupeň heterozygotnosti populace Dynamika populace


Úkol 4.2.1.: Zjistěte podíl homozygotů a heterozygotů v generacích F2 až F6 u dihybrida a

tetrahybrida u pšenice (autogamická populace). Dynamiku změn v populaci

vyjádřete i graficky.

Úkol 4.2.2.: Zjistěte změny ve složení populace v generacích F2 až F6 u dihybrida a

trihybrida u pšenice (autogamická populace). Dynamiku změn v populaci vyjádřete

i graficky.

Úkol 4.2.3.: Určete, ve které generaci dojde u odrůdy máku k poklesu tvorby alkaloidů

v důsledku vyštěpení více než 15% rostlin neschopných tvorby alkaloidu (recesivní

znak).Ve výchozí populaci všechny rostliny produkovaly alkaloidy a 68% rostlin

v odrůdě bylo homozygotních pro daný znak.

Úkol 4.2.4.: Porovnejte změny v zastoupení homozygotů a heterozygotů v populaci

s autogamickým a panmiktickým rozmnožováním. Výchozí generace byla ve

sledovaném znaku 100% heterozygotní.

Úkol 4.2.5.: Porovnejte změny v zastoupení homozygotů a heterozygotů v populaci

s autogamickým a panmiktickým rozmnožováním. Výchozí generace byla ve

sledovaném znaku z 50% heterozygotní.

57

4.3. DYNAMIKA PANMIKTICKÉ POPULACE

Na populaci působí řada faktorů, v jejichž důsledku dochází ke změně složení

genového fondu populace a k narušení rovnovážného stavu populace. V dalším vývoji

populace směřuje k nové rovnováze.

Procesy, které vedou ke změně genových a genotypových frekvencí se dělí do dvou

skupin:

procesy systematické - mutace, selekce, migrace (lze předvídat směr a velikost

nastalé změny)

procesy disperzivní - vznikají při rozdělení velké populace na několik malých

populací (lze předpovídat rozsah změny, ale nikoli její směr)

4.3.1. Vliv mutace na změnu rovnovážného stavu populace

Vliv mutace na rovnováhu populace je určován frekvencí přímých a zpětných

mutací, tj. mutačním poměrem s nímž dochází ke změně dominantní alely A na alelu

recesivní a a opačně. Protože v populaci dochází k oběma mutačním procesům zároveň,

lze úbytek dominantních alel vyjádřit vztahem:

00 qvpup

kde u = mutační poměr, ve kterém se mění A na a, v = mutační poměr, ve kterém se mění

a na A, p0 a q0 jsou frekvence dominantní a recesivní alely ve výchozí populaci.

K rovnováze v populaci dojde v okamžiku, kdy je úbytek frekvence dominantních

alel (–up0) vyrovnán přírůstkem dominantních alel (+vq0) vzniklých v důsledku zpětné

mutace. Genové frekvence za rovnovážného stavu vyjadřují následující vztahy:

58

vu

up

uv

vq

Z uvedených vztahů vyplývá, že rovnovážná frekvence alel (genové frekvence p a

q) závisí pouze na mutabilitě dané alely v obou směrech a nezávisí na výchozích genových

frekvencích. Při běžné úrovni mutability (spontánní frekvence mutací je 10-4 až 10-8 na

lokus a generaci) vyvolává mutace v průběhu jedné generace jen velmi malé změny

genových frekvencí. Proto dosažení rovnovážné stavu je velmi pomalý proces a rovnováhy

je dosaženo až po velmi značném počtu generací. Mutace může mít významný evoluční

dopad, ale při experimentální práci mohou vzhledem k malému počtu generací mutační

změny snadno unikat. Ve skutečných populacích navíc velmi často spolupůsobí mutační a

selekční procesy.


Panmiktická populace Dynamika populace Mutační poměr Přímá mutace Zpětná mutace


Úkol 4.3.1.1.: Zjistěte změny v genotypovém složení populace, je-li intenzita mutací

vyjádřená mutačními poměry u = 0,000003 a v = 0,0000005. Genotypové

frekvence ve výchozí populaci jsou následující: d = 0,4, h = 0,5, r = 0,1.

Úkol 4.3.1.2.: V populaci byla zjištěna frekvence recesivní alely genu wx q0 = 0,2.

Sledovaný gen podléhá mutaci a dominantní alela Wx mutuje na recesivní

v poměru 3*10-5 a zpětná mutace probíhá s frekvencí 1*10-5. Určete genové a

genotypové frekvence v populaci po dosažení rovnovážného stavu.

59

4.3.2. Vliv selekce na změnu rovnovážného stavu populace

Výběr (selekce) má velmi silný vliv na rovnovážný stav populace a v důsledku

výběru dochází ke zvýšení nebo snížení frekvence určitých genů či alel v populaci. Vliv

výběru na populaci, rozdělení výběru a jeho účinnost je dále náplní předmětu Šlechtění

rostlin. Selekcí může být také chápána nestejná životnost jednotlivých genotypů; genotypů,

které mají nižší fitness (adaptivní či selekční hodnotu).

Selekce je charakterizována selekčním koeficientem s. Tento koeficient určuje o

jakou hodnotu je snížen příspěvek daného genotypu do gametového fondu populace, jaká

část jedinců tohoto genotypu uhyne, aniž zanechá potomstvo. Selekční koeficient nabývá

hodnot 0 – 1, s = 1 značí úplnou selekci (daný genotyp je zcela letální), s = 0 značí

normální vitalitu, a hodnoty selekčního koeficientu mezi těmito krajními hodnotami,

s = (0;1) značí neúplnou selekci.

Frekvenci recesivní alely v následující generaci po selekci lze vypočítat podle

následujících vzorců:

úplná selekce

0

001 1 q

qpqn

0

01 1 q

qqn

neúplná selekce

20

200

11 sq

sqqqn

úbytek frekvence recesivních vloh v následující generaci při neúplné selekci

20

200

1 qs

qpsq

60

počet generací, po které je nutno provádět selekci recesivních homozygotů k dosažení požadované úrovně recesivní alely (žádoucího podílu recesivních homozygorů):

0

11qqn

n

Selekce při zvýhodnění heterozygotů (na jedné straně se frekvence recesivní alely

snižuje v souvislosti se sníženou životností nebo letalitou recesivních homozygotů a na

straně druhé se frekvence těchto alel zvyšuje v důsledku zvýšené životnosti heterozygotů)

je složitějším procesem a závisí na koeficientech S a s vyjadřujících relativní vitalitu

jednotlivých genotypů.

Ss

sp

AaAA

S 1 Aaaa

s 1


Panmiktická populace Úplná selekce Neúplná selekce Dynamika populace Selekční koeficient Počet generací selekce


Úkol 4.3.2.1.: Zjistěte o kolik procent se změní frekvence letální alely za 1 a 3 generace

při počáteční frekvenci letální recesivní alely v populaci 0,5; 0,1; 0,01.

Úkol 4.3.2.2.: V populaci kukuřice bylo zjištěno 7% zrn s defektním endospermem, tento

recesivní fenotyp je působen alelou de16. Jedná se o letální alelu a rostliny vyrostlé

z defektních obilek po vyklíčení zahynou. Jaký podíl zrn s defektním endospermem

se objeví v další generaci ?

Úkol 4.3.2.3.: V linii kukuřice vyštěpovaly albinózní rostliny ve frekvenci 16%. Ztráta

chlorofylu je letální znak podmíněný recesivní mutací 1 genu (w2w2). Jak se sníží

frekvence albínů po 3 letech šlechtění linie.

61

Úkol 4.3.2.4.: U červeně kvetoucí odrůdy aster vyštěpilo 18% rostlin s bílým květem.

Tento fenotyp je recesivní a u dané odrůdy nežádoucí. Všechny bíle kvetoucí

rostliny byly z populace odstraněny. Rozhodněte, zda v další generaci opět vyštěpí

bíle kvetoucí rostliny. Pokud ano, určete v jakém podílu a po kolik generací musíte

provádět úplnou selekci, aby podíl bíle kvetoucích rostlin poklesl na méně jak 1%.

Úkol 4.3.2.5.: V populaci žita byla zjištěna frekvence semiletální alely 0,6. U jedinců,

kteří mají recesivní fenotyp, dochází k vymetání asi jen 75% rostlin. Vypočítejte

genové a genotypové frekvence v následující generaci a vyjádřete úbytek frekvence

recesivních vloh v následující generaci.

Úkol 4.3.2.6.: Listy bez kresby jsou u jetele bílého recesivním znakem, který se ve

sledované populaci objevuje u 15% rostlin. Negativní selekcí v době květu se

podaří vyloučit jen 80% rostlin bez kresby. Zjistěte, jaký podíl rostlin ponese

recesivní znak v další generaci a porovnejte intenzitu poklesu frekvence dané

recesivní alely s případem, kdy se podaří odstranit všechny rostliny s tímto znakem.

Úkol 4.3.2.7.: Sledujete inzuchtovanou populaci 1500 rostlin kukuřice, kde je 135 rostlin

recesivního fenotypu (zkrácené stéblo - dd). U daného znaku je patrné zvýhodnění

heterozygotů, kteří mají čtyřnásobně vyšší životnost než recesivní homozygoti a

dvojnásobně vyšší životnost než dominantní homozygoti. Určete genové a

genotypové frekvence populace v rovnováze.

Úkol 4.3.2.8.: U populace vojtěšky byly sledovány 2 následující generace. V první

generaci bylo zjištěno 370 jedinců na 1000 rostlin s recesivním fenotypem

(žlutozelený květ a chlorotické skvrny na listech) a ve druhé generaci bylo zjištěno

240 jedinců s recesivním fenotypem. Určete, zda se jedná o úplnou nebo neúplnou

selekci (v případě neúplné selekce určete vitalitu recesivních homozygotů).

Úkol 4.3.2.9.: U populace vojtěšky byly sledovány 2 následující generace. V první

generaci bylo zjištěno 922 jedinců na 1000 rostlin s recesivním fenotypem a ve

druhé generaci bylo zjištěno 240 jedinců s recesivním fenotypem. Určete, zda se

62

jedná o úplnou nebo neúplnou selekci (v případě neúplné selekce určete vitalitu

recesivních homozygotů).

Úkol 4.3.2.10.: Dominantní homozygoti mají životnost o 17% nižší než heterozygoti a

recesivní homozygoti mají o 44% nižší životnost než heterozygoti. Určete genové a

genotypové frekvence rovnovážného stavu.

Úkol 4.3.2.11.: Heterozygoti mají o 10% vyšší životnost než dominantní homozygoti a o

60% vyšší životnost než recesivní homozygoti. Určete genové a genotypové

frekvence rovnovážného stavu.

Úkol 4.3.2.12.: V populaci kukuřice je 40% rostlin s nežádoucím recesivním znakem

(lámavé vřeteno palice). Vypočtěte, jaké bude zastoupení rostlin s recesivním

znakem po 12 generacích úplné selekce proti recesivnímu znaku.

4.3.3. Vliv spolupůsobení mutace a selekce na změnu

rovnovážného stavu populace

Vzácnost mutantních alel v populaci je výsledkem spolupůsobení mutace a selekce.

Na vzácnou mutantní recesivní alelu působí mutace s rychlostí u (mutace dominantní alely

na recesivní) a zpětná mutace s rychlostí v. Zároveň na tuto alelu působí selekce proti

recesivně homozygotní sestavě se selekčním koeficientem s. V rovnováze pak platí:

2

2

1

)1()1(

sq

qsqvqqu

Při zjednodušení (velmi nízké hodnotě q) pak platí

2squ s

uq uq

částečná sel. úplná selekce

63

Tento výraz pro rovnovážnou genovou frekvenci při společném působení mutace a

selekce ukazuje, že rovnováha v populaci závisí na poměru mezi mutabilitou a intenzitou

selekce.


Dynamika populace Mutace Selekce


Úkol 4.3.3.1.: V populaci kukuřice se vyskytují albinózní rostliny s frekvencí 1 albín na

540000 normálních rostlin. Frekvence tohoto letálního znaku je stálá a letální gen

vzniká v důsledku mutace. Vypočítejte hodnotu mutačního poměru u.

Úkol 4.3.3.2.: V populaci žita se objevují zakrslé rostliny, které mají pouze 30% semen

proti rostlinám normálním. Frekvence zakrslosti je stálá a gen zakrslosti vzniká

v důsledku mutace. Vypočítejte hodnotu mutačního poměru u. Zakrslé rostliny se

vyskytují s frekvencí 1 zakrslá rostlina na 12000 normálních.

4.3.4. Vliv izolace a genetického driftu na změnu rovnovážného

stavu populace

Po rozdělení populace na několik menších populací a jejich izolaci (prostorové,

ekologické…) dochází k nepřesnému rozdělení genového fondu do dceřinných populací a

k nepřesnému předávání genových a genotypových frekvencí v následné generaci. Při

předávání genů vzniká určitá amplituda náhodné fluktuace (disperzivní změna, u níž lze

odhadnout rozsah změny, ale její směr je neuspořádaný):

64

N

nqnpanf

2

kde np = počet dominantních genů v populaci, nq = počet recesivních genů v populaci,

N = celkový počet jedinců v populaci.

V malých populacích nastávají změny genových frekvencí i tehdy, když nepůsobí

systematické procesy. Příčinou těchto změn je ten fakt, že gamety a zygoty, z nichž vzniká

další generace, nepředstavují při malé početnosti populace reprezentativní vzorek, protože

je zatížen značnou variabilitou volby. Disperzivní procesy jsou příčinou toho, že málo

početné a izolované populace mají velmi rozdílné genové frekvence, i když tyto populace

mají společný původ.


Dynamika populace Genetický drift Izolace populace


Úkol 4.3.4.1.: Vypočítejte amplitudu náhodné fluktuace genové frekvence, když pokud

genové frekvence jsou (p;q) = (0,7; 0,3). Populace má a/ pět jedinců, b/ pět tisíc

jedinců. Vyvoďte příslušný závěr.

65

Procvičovací test – populace

1. Genetická populace je

a) soubor genotypově a fenotypově totožných jedinců jednoho druhu

b) soubor genotypově a fenotypově odlišných jedinců jednoho druhu

c) soubor všech jedinců na určitém území

2. Modelovým příkladem alogamické populace je populace

a) autogamická

b) amiktická

c) panmiktická

3. Hardy – Weinbergův zákon charakterizuje rovnovážný stav v modelové populaci na

úrovni

a) genových frekvencí

b) genotypových frekvencí

c) frekvence recesivní alely

4. Výsledkem dynamických procesů v autogamické populaci je

a) nezměněný stav a zachování rovnováhy

b) soubor identických jedinců - linie

c) soubor homozygotních linií

5. Složití heterozygoti se v důsledku autogamie rozpadají na

a) zejména homozygoty a heterozygoty stejného řádu

b) homozygoty a zejména na heterozygoty stejného řádu

c) homozygoty, heterozygoty stejného řádu a zejména heterozygoty nižších řádů

66

6. Na změnu rovnovážného stavu panmiktické populace působí procesy systematické a

disperzivní. U procesů systematických

a) lze předvídat směr a velikost změny

b) lze předvídat směr, ale ne velikost změny

c) lze předvídat velikost změny, ale ne její směr

7. V případě vlivu mutačního tlaku na panmiktickou populaci rovnovážná frekvence alel

závisí na

a) výchozí frekvenci recesivní alely a na jejím mutačním poměru

b) výchozí frekvenci dominantní alely a na jejím mutačním poměru

c) pouze na mutačním poměru

8. Selekční koeficient určuje

a) o jakou hodnotu je snížen příspěvek daného genotypu do gametového fondu populace

b) o jakou hodnotu je zvýšen příspěvek daného genotypu do gametového fondu populace

c) poměr mezi uhynulými a neuhynulými jedinci

9. V malých izolovaných populacích nastávají změny genových frekvencí

a) pouze vlivem systematických procesů

b) pouze vlivem disperzivních procesů, protože systematické procesy se nemohou

uplatnit

c) i když nepůsobí systematické procesy

67

5. INBREEDING A HETEROZE

5.1. INBREDNÍ DEPRESE

Inbreeding je proces, při kterém v populaci dochází k homozygotizaci, kdy narůstá

podíl homozygotních jedinců a naopak podíl heterozygotů klesá na minimum.

Homozygotizace je následek spojování stejných gamet v přirozených populacích po

snížení polymorfismu populace nebo inbreeding je vyvoláván uměle, jestliže cizosprašný

druh donutíme k samosprášení, abychom získali homozygotní linie. Důsledky inbreedingu

již vyjádřil Mendel. Jestliže na počátku cizosprašné populace budeme mít heterozygota –

monohybrida, po samosprášení bude produkovat genotypy AA, Aa, aa v poměru 1 : 2 : 1.

Podíl heterozygotů se v každé generaci sníží na polovinu té předcházející, tzn. v 1.

generaci po samosprášení na 50 %. V dalších generacích podíl heterozygotů bude

sestupovat v této řadě: 25 %, 12,5 %, 6,125 %……. až v desáté generaci 0,01 %. Zatímco

podíl homozygotů se přiblíží 100 % (pro 10. generaci 99,9 %). Během inbreedingu se mění

genotypové frekvence, zatímco alelové frekvence se nemění.

Odvození vzorce pro výpočet podílu homozygotů v m.té generaci u n-násobného hybrida:

Tabulka Postup homozygotizace monohybrida při samoopylení

Generace

Poměr homozygotů a heterozygotů

AA Aa aa Celkem

1 1 2 1 4

2 3 2 3 8

3 7 2 7 16

4 15 2 15 32

m 2m – 1 2 2m – 1 2(2m)

68

Obecné vyjádření četností jednotlivých genotypů: [(2m – 1) AA : 2 Aa : (2m- 1) aa ]n

Celkový počet homozygotů: 2 (2m – 1)

Celková velikost populace: 2 (2m)

Podíl homozygotů: m

m

22

122 po úpravě

m

m

2

12

Podíl homozygotů u n-násobného hybrida: n

m

m

2

12

Pozor uvedený vztah platí pro generaci po samosprášení (Im), jestliže budeme

uvažovat filiální generaci, je nutné vždy ve vzorci odečítat jednu generaci m-1 (F2 = I1).

Podle tohoto vzorce můžeme snadno sledovat zastoupení homozygotů a

heterozygotů v různých populacích po samosprášení. Homozygotizace může probíhat u

hybridů s různým stupněm heterozygotnosti. Potom heterozygoti vyšších stupňů se

rozpadají na malý podíl homozygotů a heterozygotů stejného stupně, ale hlavně na

heteorozygoty nižších stupňů. Proto se postupně mění složení populace, které lze zjistit

podle vzorce:

nm 121

Inbreeding a jeho účinek je dán rozsahem, v kterém jakékoliv dvě homologní

alely v zygotě pocházejí ze stejného genu zygoty předka. Měřítkem inbreedingu je

koeficient inbreedingu označovaný F. Pro jeho výpočet platí vztah:

1F = N2

1; pro další generace: 1.

2

11

2

1

nn F

NNF

Relativní množství heterozygotních jedinců, kteří se spojí vyjadřuje panmiktický

index. Jako počáteční hodnota je dána 1, která je zmenšena o inbreedingový index F tzn.,

že P = 1 – F a naopak F = 1 – P.

Panmiktický index pro n-tou generaci: NPP nn 2/111

Pomocí inbreedingového koeficientu můžeme vyjádřit genotypové frekvence po

inbreedingu, jestliže budeme sledovat lokus se dvěma alelami A, a:

AA = p2 + pqF Aa = 2pq – 2pqF aa = q2 + pqF

Průvodním jevem inbreedingu je inbrední deprese, která vzniká jako důsledek

setkávání stejných gamet a zvyšování podílu recesivních homozygotů, které redukují

69

kvantitativní hodnotu znaku. Jestliže tento účinek je znásoben pro mnoho genů a lokusů, je

výrazně ovlivněna fitness a životnost organismu. Pro inbrední depresi je charakteristické,

že po několika generacích dosáhne tzv. inbredního minima a dále již nepokračuje.


Homozygotizace Inbrední deprese Inbreedingový koeficient Inbreeding Inbrední minimum Panmiktický index


Úkol 5.1.1.: V F2 generaci dihybrida a tetrahybrida vypočítejte podíl homozygotů a

heterozygotů po samosprášení. Dále vyjádřete jak se změní podíl homozygotů a

heterozygotů v pěti následných generacích po samosprášení. Do grafu

zaznamenejte dynamiku homozygotizace pro dihybrida a pro tetrahybrida.

Úkol 5.1.2.: Ve výchozí populaci je 90% heterozygotních rostlin. Tuto populaci budeme

samosprašovat tři následující generace. Vypočítejte jaký podíl heterozygotů bude

ve 3. generaci po samosprášení.

Úkol 5.1.3.: Vysvětlete výsledek samosprášení v generaci I1 až I8 u kukuřice podle obrázku

70

Úkol 5.1.4.: Do následující tabulky zaznamenejte složení populace dihybrida, který byl po

šest generací samosprašován. V každé generaci zaznamenejte podíly fenotypových

kategorií:

a) podíl všech jedinců, které jsou ve všech párech heterozygotní

b) -„- kteří jsou vždy pouze v jednom páru heterozygotní

c) -„- kteří ve všech párech jsou homozygotní.

Generace

F

Výpočet

[1 + (2m-1-1)]n

Kategorie Součet

a (%) b (%) c (%) %

3

4

5

6

7

8

Úkol 5.1.5.: Vypočítejte podíl homozygotů u trihybrida po 10 x opakovaném inbreedingu.

Dosáhneme někdy 100 % homozygotnost při nuceném samosprášení?

Úkol 5.1.6.: Vypočítejte kolik homozygotních linií bude tvořit hybrid:

Drdr Ff Wsws Hh Yeye Tmtm Kk

Úkol 5.1.7.: Zjistěte jaká je pravděpodobnost, že ve čtvrté generaci po samosprášení dvě

homologní alely v zygotě pocházejí ze stejného genu zygoty předka v populaci 50

jedinců.

Úkol 5.1.8.: Pro stejnou populaci vyjádřete podíl heterozygotních jedinců, kteří se spojí.

71

5.2. HETERÓZE

Heteróze je biologický jev zvýšené zdatnosti, vitality a produktivity F1 generace po

zkřížení geneticky rozdílných genotypů. Rostliny například dosahují větší výšky, celkové

plochy listů, většího výnosu zrna, jinak větší mohutnosti orgánů, která je doprovázena

vyšším výnosem. Heteróze se kromě produkčních vlastností, může projevit i u

kvalitativních znaků, které pak významně mohou kvantitativní znaky ovlivnit. Patří sem

například ranost a odolnost k chorobám označovaná jako „zdravotní efekt“. Velikost

heteróze se vyjadřuje jako „heterózní efekt“ (HE). K vyjádření výše heterózního efektu se

hybridní potomstvo porovnává s rodiči. Může se porovnávat s každým rodičem zvlášť

(obvykle s lepším rodičem) nebo s průměrem obou rodičů. Jev heteróze je významný ve

šlechtitelském procesu, protože nám umožňuje získat jedince lepší než byly jejich rodiče.

Jestliže příslušný genotyp je schopen dávat heterózní efekt s jakýmkoliv jiným genotypem

daného druhu, mluvíme o obecné kombinační schopnosti, jestliže dává heterózní efekt

pouze s určitým genotypem daného druhu, jedná se o specifickou kombinační schopnost.

Heterózní efekt zpravidla vzniká pouze při křížení dvou určitých genotypů.

Nejvyšší hodnotu má v F1 generaci, která v důsledku setkávání stejných gamet

v následných generacích se postupně snižuje. Heterózi můžeme pozorovat u všech

organismů v rostlinné a živočišné říši a je známá také u člověka.

Výpočet heterózního efektu:

heterózní efekt k průměru rodičů: heterózní efekt k lepšímu rodiči:

(%)100.1

Px

PxFxHE

(%)100.1

lepší

lepší

Px

PxFxHE


Heteróze Zdravotní efekt Obecná kombinační schopnost

Heterózní efekt Specifická kombinační schopnost

72


Úkol 5.2.1.: Zapište schéma získání čtyřliniového hybrida u kukuřice, jestliže máte

k dispozici linie A, B, C, D dva dvouliniové hybridy a jednoho čtyřliniového

hybrida. Totéž udělejte u tříliniového hybrida, k dispozici máte linie A, B, C,

jednoho dvouliniového hybrida a jednoho tříliniového hybrida.

Úkol 5.2.2.: Na rostlinách kukuřice, které byly odebrány z demonstračního pokusu, popište

vlastnosti, které se změnily v důsledku inbrední deprese (u linií) a naopak popište,

jak se tyto vlastnosti změnily u dvouliniových hybridů a čtyřliniového hybrida a

vysvětlete, co bylo příčinou této změny.

Úkol 5.2.3.: Prohlédněte si následující obrázek a popište všechny jevy, které zde můžete

vypozorovat.

73

Úkol 5.2.4.: Prohlédněte si následující obrázky (cibule, kapusty a petunie) a na základě

znalostí o heterozi proveďte jejich popis.

P1 P2

Hybrid F1 (A) Hybrid F1 (B)

74

P F1

Úkol 5.2.5.: Výnos zrna linie MD 7 byl 8,7 kg na ploše 10 m2 a u linie W 9 10,2 kg na

stejné ploše. U hybrida těchto linií byl průměrný výnos 13 kg z 10 m2 . Vyjádřete

výši heterózního efektu ve výnosu zrna. Výsledek uveďte v %.

Úkol 5.2.6.: Na cvičení dostanete k dispozici palice kukuřice dvou linií a palice

čtyřliniového hybrida. Vaším úkolem bude pomocí posuvného měřidla změřit délku

palic a spočítat počet řad a vyjádřit velikost heterózního efektu u obou znaků.

Vypočítejte heterózní efekt k průměru rodičů i k lepšímu rodiči.

Úkol 5.2.7.: Odhadněte výši heterózního efektu u meziliniového hybrida ve znaku výška

rostlin, jestliže lepší linie dosahovala průměrné výšky 140 cm a hybrid 200 cm.

Úkol 5.2.8.: Hmotnost 1000 semen u ječmene je podmiňována interakcí 8 polymerních

genů. Homozygotně recesivní jedinec bude mít HTS 2,0 g. Každý dominantní gen

zvyšuje fenotypovou hodnotu o 3,1 g.

a) Určete fenotypovou hodnotu rodičů, za předpokladu následujících genotypových

sestav.

P1: aa BB CC dd EE FF gg hh

P2: AA bb cc DD ee ff GG HH

b) Vypočítejte heterózní efekt pro F1 generaci po křížení těchto dvou rodičů.

75

5.3. AUTOINKOMPATIBILITA A CMS Pro dosažení vysokého heterózního efektu je důležité, co nejvíce se přiblížit 100 %

hybridnosti v potomstvu. Autogamie je příčinou inbrední deprese, která se projeví

v negativním smyslu na mohutnosti a produktivnosti rostlin. K zmenšení stupně

inbreedingu mnoho druhů vyvíjelo prostředky, které méně či více snižují možnost

autogamie nebo zcela zabraňují utváření nehybridního potomstva.

Vedle příčin, které vyplývají z morfologie květu, existují dva genetické jevy, které

jsou účinnější pro redukci a eliminaci inbreedingu, autoinkompatibilita (AI) a

cytoplazmatická pylová sterilita (CMS).

Pod pojmem autoinkompatibilita se rozumí neschopnost rostlin vytvářet semena při

opylení vlastním pylem, který nese gamety stejného genetického založení. Při

autoinkompatibilitě se na rozdíl od sterility zachovává funkceschopnost samčího i

samičího gametofytu. Při cytoplazmatické pylové sterilitě dochází k degeneraci prašníků,

pylových zrn nebo se prašníky neotevírají. Samčí pohlavní orgány jsou funkčně i

morfologicky defektní.

Existují dvě základní formy inkompatibility: gametofytická a sporofytická. Pro

gametofytickou platí, že vzájemné působení pylu a pestíku je kontrolováno haploidním

genomem každého pylového zrna a diploidním genomem tkáně pestíku. Libovolná tkáň

čnělky může mít libovolné dvě alely sterilních S-alel, nikdy nemá dvě stejné alely a

v odděleném pylovém zrnu bude pouze jedna alela. Pro sporofytickou inkompatibilitu

platí, že inkompatibilní reakce pylového zrna je určena genomem somatického diploidního

pletiva, na kterém pyl vyrůstal. Mezi jednotlivými alelami inkompatibiliní série se

projevují vztahy dominance a kodominance. Pro tuto formu inkompatibility je

charakteristický výskyt mnohočetných alel v jednom S-lokusu, kterých může být až

několik desítek.

Cytoplazmatická sterilita může být vyvolána jadernými geny (u ječmene a

bavlníku), cytoplazmatickými geny (u kukuřice) a cytoplazmaticko-jadernými interakcemi

(u pšenice, cukrovky, cibule, atd.).

V praxi se nejvíce využívá cytoplazmatická samčí sterilita (CMS), podmíněná

cytoplazmaticky. Cytoplazmatické geny jsou v interakci s jadernými geny a CMS se

projeví pouze za přítomnosti jaderných genů pro pylovou sterilitu a sterilní cytoplazmy.

CMS se dědí matroklinně, po matce. Kromě morfologických defektů, které způsobují

76

nefunkčnost samčích generativních orgánů, dalším úskalím při využití tohoto genetického

systému v hybridním šlechtění je nutnost mít k dispozici sterilní mateřskou linii,

udržovatele sterility a obnovitele fertility. Získání hybridního osiva je pracovně i

ekonomicky náročné, proto hodnota heterózního efektu musí převýšit náklady na výrobu

osiva.


Autoinkompatibilita Gametofytická autinkompatibilita

S-lokus

Cytoplazmatická pylová sterilita

Sporofytická autoinkompatibilita

S-alela

Matroklinita


Úkol 5.3.1.: U rodu Nicotiana byl odhalen monofaktoriální gametofytický systém.

Genetický rys tohoto systému je jednoduchý, mohou zde nastat tři typy opylení:

inkompatibilní, semikompatibilní a kompatibilní. Prohlédněte si následující obrázek

a určete typy opylení pro bliznu a, b, c a napište genotypy potomstva.

a b c

77

Úkol 5.3.2.: Za podmínek úplného opylení a cizosprášení bude potomstvo jakékoliv AI

rostliny tvořit 2(n-2) odlišných kompatibilních tříd, kde n = počet odlišných S-alel

segregujících v populaci. Vypočítejte počet kompatibilních tříd v potomstvu,

jestliže víte, že u daného druhu bylo detekováno pět S-alel (S1- S5) a rodičovská

mateřská rostlina měla genotyp S1S2. Napište kompatibilní třídy v potomstvu.

Úkol 5.3.3.: U Secale cereale byla prokázaná existence dvou nealelických genů S a Z.

Tyto dva lokusy jsou nezávislé a každý je charakteristický alelickou sérií. Každý

specifický pár S a Z alel vytváří nestejnou kombinaci. Podmínkou inkompatibility

je shoda v jedné kombinaci mezi pylem a pestíkem. Důležitou vlastností tohoto

systému je neúplná dominance mezi dvěma alelami jednoho a téhož lokusu. Byly

mezi sebou kříženy rostliny s následujícími genotypy. Určete, které křížení bude

inkompatibilní a které kompatibilní.

S1S2 Z2Z3 x S1S2 Z3Z5



Úkol 5.3.4.: U rostlin se sporofytickou inkompatibilitou k mechanismu pylového

odmítnutí mohou přispívat odlišnosti v květní morfologii a tak přímo zabránit

autogamii. Tyto inkompatibilní systémy se nazývají heteromorfní a jsou založeny

na odlišné vzájemné délce tyčinek a pestíku, což bylo označeno již Darwinem

heterostylie. Nejznámnější jsou distylie a tristylie. Prohlédněte si jejich

schématické znázornění a zaznamenejte kompatibilní křížení:

a) pro distylii, jestliže pin má genotyp ss a thrum Ss (S plně dominuje nad s). Může

vzniknout kombinace SS?

b) pro tristylii za předpokladu, že kompatibilní opylení umožňují pouze tyčinky a

čnělky, které jsou na stejné úrovni.

78

Distylie

Pin Thrum

Tristylie

Long style Medium style Short style

Úkol 5.3.5.: Haruta u rodu Brassica rozdělil S-alelové heterozygotní genotypy sporofytní

inkompatibility do čtyř typů. Prostudujte si následující tabulku a vyznačte vztahy

úplné dominance a neúplné dominance mezi alelami v pylu i blizně pro každý typ.

Příklad: TypII. Pyl: Sa Sb

Blizna: Sa = Sb

Typy inkompatibilních vztahů S-alel v pylu a blizně

--------- inkompatibilita v příslušném směru

______ kompatibilita

79

Úkol 5.3.6.: Čtyři následující příklady zahrnují gametofytický i sporofytický systém (se

vztahem neúplné dominance nebo úplné dominance jak v pylu, tak v blizně. Vaším

úkolem je určit systémy inkompatibility a u sporofytického systému vztah mezi S1

a S2 alelou v pylu a blizně.

a)

Blizna / Pyl S1S1 S1S2 S2S2

S1S1

S1S2

S2S2

b)


S1S1

S1S2

S2S2

c)


S1S1

S1S2

S2S2

80

d)


S1S1

S1S2

S2S2

Úkol 5.3.7.: Pro cytoplazmatickou samčí sterilitu u kukuřice platí, že existuje interakce

mezi jadernými geny pro pylovou sterilitu a sterilní cytoplazmou

Jaderné geny Cytoplazma Pylová plodnost

Rf Rf N fertilní

Rf Rf S fertilní

Rf rf S fertilní

rf rf S sterilní

a) Zapište křížení sterilního analoga příslušné linie A s linií B tak, aby se sterilita

udržela do další generace a nebyla nutná kastrace.

b) Dvouliniového hybrida (AB), který vznikne, dále budete křížit s fertilním

dvouliniovým hybridem (CD) tak, aby výsledný čtyřliniový hybrid byl fertilní.

Proveďte genetický zápis křížení.

Úkol 5.3.8.: U cukrové řepy je cytoplazmatická sterilita podmíněna interakcí mutované

cytoplazmy, která obsahuje faktory pro pylovou sterilitu a dvěma recesivními

jadernými geny x a z. Normální cytoplazma má označení N a sterilní S. Zapište

genotypy sterilní linie, polosterilních typů za předpokladu, že budou mít

cytoplazmu S a obnovitele fertility.

81

Procvičovací test – inbreeding, heteroze, AI, CMS

1. Negativní projevy inbreedingu jsou nejsilnější:

a) v první generaci po samosprášení

b) jsou přiměřeně stejně velké po všechny generace samosprášení

c) v první a ve druhé generaci po samosprášení

2. Počet homozygotních linií během inbreedingu se

a) snižuje

b) nemění

c zvyšuje

3. Rychlost získání homozygotních linií stupeň heterozygotnosti hybrida

a) ovlivňuje tak, že čím je nižší stupeň heterozygotnosti, tím rychleji dosáhneme

homozygotnosti linií

b) neovlivňuje

c) ovlivňuje tak, že čím je vyšší stupeň heterozygotnosti, tím rychleji dosáhneme

homozygotnosti linií

4. Při samosprášení heterozygota se heterozygotnost sníží v následné generaci

a) o čtvrtinu

b) o polovinu

c) o tři čtvrtiny

5. Heterózní efekt vyjadřuje

a) o kolik se zvýší výnos hybrida v porovnání s rodiči

b) jak velká je specifická kombinační schopnost rodičovských linií

c) o kolik procent je generace F1 lepší než průměr dvou rodičů nebo lepší rodič.

82

6. Heróze se projevuje

a) pouze u kvantitativních znaků

b) pouze u kvalitativních znaků

c) u kvalitativních i kvantitativních znaků

7. Gametofytická inkompatibilita je podmíněna

a) sérií sterilních alel jednoho nebo více alelových párů

b) vždy pouze dvěma alelami jednoho nebo více alelových párů

c) sérií sterilních alel pouze jednoho alelového páru

8. Gametofytická a sporofytická inkompatibilita se od sebe

a) odlišují v morfologii tyčinek a pestíku

b) v genetické podmíněnosti

c) v genetickém založení gametofytu a sporofytu

9. Cytoplazmatická pylová sterilita se využívá

a) v liniovém šlechtění

b) v hybridním šlechtění

c) k získávání výchozího šlechtitelského materiálu

10. Cytoplazmatická samčí sterilita se odlišuje od inkompatibility

a) v interakci plazmonu a genomu

b) v počtu genů, které oba jevy podmiňují

c) při inkompatibilitě zůstává zachována fertilita generativních orgánů, zatímco při

CMS dochází k jejich deformacím a ztrácí svou funkceschopnost

83

6. GENETICKÝ POLYMORFISMUS

Po mnoho let byly obsah a složení dusíkatých látek v odrůdách kulturních rostlin

sledovány téměř výlučně z hlediska nutriční hodnoty nebo vhodnosti k dalšímu zpracování.

V poslední době je však stále častěji diskutována otázka využitelnosti analýz některých

N–látek s výraznou odrůdovou specificitou pro účely identifikace a rozlišování odrůd.

Jedná se zejména o elektroforetické analýzy zásobních bílkovin a enzymů a zjišťování

polymorfismu na úrovni nukleových kyselin.

Mnoho ekonomicky významných rostlinných druhů zahrnuje velký počet odrůd, z

nichž mnohé jsou blízce příbuzné. V případě agronomicky ceněných druhů, může mít

značný ekonomický význam možnost rozlišení odrůd. V mnoha zemích platí v různé

úpravě „šlechtitelská práva“ a omezení pro povolení nové odrůdy na trhu. Jedno z těchto

omezení je jasná charakteristika, která může odlišit odrůdu ode všech ostatních

povolených odrůd. U mnohých významných druhů (obiloviny, řepa, pícniny a další)

existuje značné množství odrůd a mnohé nové odrůdy (novošlechtění) často nejsou

akceptovány vzhledem k nemožnosti odlišení ve znacích používaných pro rozlišení a

charakteristiku odrůd, resp. genotypů. Z tohoto důvodu vyvstává potřeba nových

kvalitativně odlišných znaků pro charakterizování odrůd, genotypů, a mnohé morfologické

znaky používané v současnosti pak budou nahrazeny novými charakteristikami. V

současné době probíhají diskuse mezi šlechtiteli a správním aparátem jaké biochemické a

molekulární markery a v jakém rozsahu budou používány pro potřeby identifikace odrůd.

Genetický marker (signální gen) se používá pro označení jasně se fenotypově

projevujícího znaku s jednoduchou dědičností. Označení marker pak předpokládá spojení

tohoto znaku genovou vazbou s jinými kvantitativními či kvalitativními znaky. Genetické

biochemické markery se musí vyznačovat dostatečnou genetickou a jí odpovídající

fenotypovou variabilitou, vysokou expresivitou a penetrancí a rovněž vysokou

heritabilitou, tj. nezávislostí na podmínkách prostředí.

84

Volba vhodného biochemického markerovacího sytému (na úrovni DNA, proteinu

nebo enzymu) je založena na následujících požadavcích:

dostatečná frekvence genetických variant u daného druhu

exprese nezávislá na podmínkách prostředí

vhodná elektroforetická a detekční technika.

6.1. POLYMORFISMUS NA ÚROVNI DNA

Markery na úrovni DNA - kodominantní RFLP markery, dominantní RAPD

markery, moderní a perspektivní techniky fragmentační analýzy – AFLP, sekvenační data

představují skupinu molekulárních markerů stále více využívanou ve šlechtitelských

programech. Pomocí DNA markerů lze jednoduše detekovat rozdíly v genetické informaci,

kterou sledovaní jedinci/buňky nesou. DNA markery jsou tedy postaveny na polymorfismu

sekvencí DNA. DNA markery umožňují neustále se rychle rozrůstající množství různých

aplikací – jsou použitelné pro rozlišení různých genotypů, odrůd nebo pro zjišťování

genetické čistoty osiva, sledování zajímavých genů během šlechtitelského programu,

testování otcovství, začínají být používané pro genetické mapování, studia molekulární

evoluce...

V genetice a šlechtění rostlin jsou nejčastěji využívány následující markerovací

systémy založené na polymorfismu DNA:

RFLP - polymorfismus délky restrikčních fragmentů RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism) je metoda založená na restrikčním štěpení DNA, elektroforetické separaci štěpů a hybridizaci se specifickou sondou (Southern blotting). Mutace v restrikčním místě změní velikost restrikčních fragmentů a tedy i pozici proužků po hybridizaci RAPD - náhodně amplifikovaná polymorfní DNA RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) je technika založená na technologii PCR (polymerázová řetězcová reakce). Při RAPD jsou používány náhodně generované krátké primery - o délce 6-10 nukleotidů, při analýze se používá jen jeden primer. Během reakce dochází k amplifikaci řady produktů, lišících se délku a interním nukleotidovým složením. Fingerprint genomu je získán po gelové elektroforéze a vizualizaci produktů.

85

SPLAT – amplifikace specifických polymorfních lokusů SPLAT (Specific Polymorphic Locus Amplification Test) představuje typ PCR, kdy je amplifikován specifický úsek DNA vymezený dvěma primery definovaného lokusu AFLP - polymorfismus délky amplifikovaných fragmentů AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) je metoda založená na navázání adaptorů na molekuly analyzované DNA po její předchozím restrikčním štěpení, provedení preselektivní amplifikace a amplifikace markerů při použití selektivních primerů VNTR – variabilita počtu tandemových repeticí VNTR (Variability of Number Tandem Repeats)- minisatelity – opakující se motiv má délku 11-60 bp - mikrosatelity – repetice jednotlivých sekvencí - krátké tandemové repetice představující opakování 2-5 bp 10-60x - náhodně amplifikovaný mikrosatrelitní polymorfismus (RAMP) – primer pro mikrosatrelit je kombinován s náhodným primerem rDNA, cpDNA Metody založené na analýze genů pro ribozomální RNA (rDNA) a analýze chloroplastové DNA (cpDNA) - restrikční analýza rDNA je vhodná pro studium pro obdobných otázek jako allozymy MAAP MAAP (Multiply Arbitrary Amplicon Profiling) SEKVENOVÁNÍ, markery na úrovni rDNA …

6.2. POLYMORFISMUS NA ÚROVNI ZÁSOBNÍCH PROTEINŮ A ISOENZYMŮ

Polymorfismem bílkovin se označuje výskyt dvou nebo více typů bílkovinné

molekuly (u různých jedinců téhož druhu, v různých orgánech téhož jedince nebo v

různých částech jedné buňky) se stejnou funkcí, které se poněkud liší svojí strukturou (jsou

kódovány jinými alelami téhož genu, jinými geny nebo jsou různě posttranslačně

86

modifikovány), lze je oddělit metodami používanými k separaci bílkovin. Molekulární

varianty se nazývají isobílkoviny.

Použití nových metod separace bílkovin (a histochemických technik) vedlo ke

zjištění, že tutéž katalytickou funkci může vykonávat více různých forem téhož enzymu.

Enzymy tedy jeví obdobně jako jiné kategorie bílkovin polymorfismus.

Isoenzymy (nebo isozymy) jsou mnohočetné molekulární formy enzymu, které se

postupně nahrazují během vývoje organismu, nebo formy které katalyzují stejnou reakci

(mají společný alespoň jeden substrát) v různých částech organismu nebo buňky. Na

vzniku isoenzymů se podílejí buď alely jednoho lokusu, pak se většinou označují jako

alozymy, nebo více lokusů, více strukturních genů. Isoenzymy tak mohou být zřetelně

rozdílné bílkovinné molekuly se stejnými enzymatickými vlastnostmi nebo mohou být

„jen“ výsledkem sekundárních změn ve struktuře jednotlivých polypeptidů.

6.3. HODNOCENÍ BIOCHEMICKÝCH A MOLEKULÁRNÍCH MARKERŮ

Vizuální hodnocení gelů

Mezi jednodušší, rychlé metody se řadí vizuální hodnocení gelů. Hodnocení je sice

silně subjektivní, ale pro orientační účely určení homogenity vzorku plně postačující.

Při malém množství analyzovaných vzorků je vhodné i ruční proměření gelů a

stanovení relativní pohyblivosti (Rf, Rp = relativní elektroforetická pohyblivost, relativní

elektroforetická mobilita - REM) jednotlivých isoenzymů nebo proteinových pruhů.

Hodnota Rf se zjistí jako poměr vzdáleností sledovaného pruhu a čela elektroforézy od

startu, „čelo“ označuje barevný marker (BPB, nebo methyl green), start u PAGE gelu v

diskontinuálním systému je počátek separačního gelu.

počátkuodčelavzdálenost

počátkuodproužkuvzdálenostR f

87

Získané hodnoty Rf jsou uváděny ve formě tabulek nebo grafů, ve většině případů

bylo při vyhodnocování výsledků používáno jen kvalitativní kritérium (přítomnost, resp.

nepřítomnost pruhu). Získaná data je možné i dále statisticky zpracovávat. Výsledkem je

pak výpočet koeficientů podobnosti (dle různých algoritmů, závislých na použité metodě

výpočtu), uspořádání koeficientů podobnosti do podobnostní matice a pomocí clusterové

analýzy uspořádání dat do formy dendrogramu (metoda tvorby dendrogramu je opět

závislá na použitém programu.

Denzitometrické vyhodnocování

Další z metod vyhodnocování elektroforeogramů je proměření gelů na laserovém

denzitometru. Digitalizovaná elektroforetická spektra jsou ukládána v počítačovém

formátu a následně vyhodnocována s použitím příslušného analytického software (korekce

gelů, výběr píků pro analýzu, stanovení relativní vážené homologie spekter, identifikace

spektra neznámé odrůdy podle odrůd katalogizovaných v databance spekter, resp.

genotypů).

Digitální obrazová analýza gelů

Poměrně dokonalých výsledků lze dosáhnout po důkladnější obrazové analýze gelů.

Pro počítačové zpracování elektroforeogramů, proteinových a isoenzymových spekter

získaných po elektroforéze, je používán barevný stolní scaner s vysokou rozlišovací

schopností a speciální software – např. GelManager nebo BioProfil 1D+.

Tyto programy jsou určeny zejména pro analýzu a objektivní porovnávání

jednorozměrných elektroforetických spekter. Umožňuje konstrukci rozsáhlých databází

„fingerprintů“, které pak mohou být porovnávány. Využití má zejména v

epidemiologických studiích, identifikaci genotypů, systematice, ekologii, populační

genetice, klinické biochemii a biotechnologických aplikacích.

Porovnávání fingerprintů:

Po korekci, tj. odstranění variability v rámci gelu nebo mezi gely způsobené nestejnými

podmínkami při elektroforéze (různá délka gelů, rozbíhání proužků) je možné porovnávat

spektra pomocí dvou technik:

88

korelační koeficient mezi hodnotami absorbančních profilů je poměrně dobrý ukazatel

podobnosti komplexních fingerprintů, podobnost v tvaru dvou absorbančních profilů je

měřena bez přímého efektu počtu a velikosti píků

Korelační koeficient:

rsum [(Y Y )(Y Y )]

square root{[sum ((Y Y ) ][sum (Y Y ) ]}

nij j av ik k av

nij j av

2 nik k av

2

Y = výška profilu (hodnota absorbance)

Yav = průměrná výška profilu

jednoduchý koeficient podobnosti mezi pozicemi proužků; algoritmus počítá, jak

mnoho proužků u vybraných vzorků (spekter) se shoduje ve své pozici v rámci

specifikovaného rozmezí. Tento koeficient je výhodné použít v případě vysoké

reprodukovatelnosti spekter a v případě dobrého rozlišení proužků.

Koeficient podobnosti:

S2 m

a +b

x m = počet proužků ve stejné pozici v rámci daného rozsahu

a, b = počty proužků ve spektru u dvou porovnávaných vzorků

Clusterová analýza:

Celkem přehledným a ilustrativním výsledkem analýzy spekter je možnost seskupení

(sgrupování) podobných spekter na základě výpočtu podobnostní matice - koeficientů

podobnosti každého vzorku se všemi ostatními z vybrané databáze. Výsledky matice jsou

pak podrobeny clusterové analýze (UPGMA - unweighted pair group method using

averages) a výsledky zobrazeny jako dendrogram.

Dendrogramy pak vyjadřují míru podobnosti mezi jednotlivými analyzovanými

spektry, resp. skupinami spekter. V případě GelManageru je na ose x udávána míra

89

podobnosti nebo korelace (od 0.0 do 1.0). Biologická průkaznost každé podobnostní

hladiny pak závisí na uživateli a na povaze analyzovaného materiálu. Spektra s korelací

nad 0.9 jsou obecně nerozlišitelná v případě, že vzorky budou separovány na jednom gelu.

Isoenzymy kyselé fosfatázy z děložních lístků u androgenetických

linií ozimé řepky.

LINIE

POČET ISOENZYMOVÝCH PRUHŮ V ZÓNĚ ACP-1 ACP-3

RF ACP-1 ACP-3

11 12 13 14 15 16

17

18

19

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

3 3 3 3 4 2 3 2 3 5 3 5 2 3

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

0.985 1.0

0.985 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

0.697, 0.758, 0.955 0.697, 0.742, 0.787 0.704, 0.758, 0.803 0.704, 0.758, 0.803 0.697, 0.750, 0.789, 0.908 0.712, 0.750 0.705, 0.758, 0.803 0.712, 0.750 0.705, 0.758, 0.803 0.712, 0.742, 0.788, 0.833, 0.909 0.723, 0.762, 0.808 0.705, 0.721, 0.770, 0.819, 0.951 0.715, 0.754 0.715, 0.754, 0.785

ACP-1, ACP-3 - zóny aktivity dle ARÚS a ORTON (1983)

Isoenzymy ACP z děložních lístků.

ACP-1 ACP-3

00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

11,1

11 12 12 13 14 15 16 16 17 17 17 18 18 19 19 19

Rf

androgenetické linie

90

Statistické hodnocení primárních elektroforetických dat

Získaná data, tj. hodnoty mobilit jednotlivých isoenzymových proužků, mohou být

dále použita pro „přesnější“ statistické zpracování a vyhodnocení podobnosti jednotlivých

analyzovaných genotypů (odrůd) mezi sebou, sestavení „podobnostních matic“ a případně

pro grafické znázornění těchto podobností a vzdáleností mezi genotypy a odrůdami (grafy

ve formě „dendrogramů“ získané po clusterové analýze).

Při tomto typu statistického hodnocení elektroforetických dat lze použít řady metod

jak pro výpočet podobností, resp. vzdáleností mezi analyzovanými elektroforetickými

fenotypy, tak i pro tvorbu dendrogramů (clusterovou analýzu).

Data přítomnosti/nepřítomnosti isoenzymových proužků na gelu (dle isoenzymového fenotypu na Obr. 1).

*/** 11 12 13 14 15 16 16 17 17 17 18 18 19 19 19 1. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

2. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

3. 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0

4. 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1

5. 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1

6. 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

7. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

* možná pozice proužku na gelu, ** linie Přehled algoritmů výpočtu vzdáleností a podobností: 1. Euclidean distance (EUCLID):

Edij = (k (Xik - Xjk )2 )1/2 2. Squared Euclidean distance (SEUCLID):

SEdij = k (Xik - Xjk )2 3. Standardized Euclidean distance (STEUCLID):

StEdij = (k (Xik - Xjk /sdk )2 )1/2 kde: sdk = standardní odchylka

91

4. Cosine theta (or normalized Euclidean) distance (COSINE):

CTdij = (kk ((Xik /ssi ) - (Xjk /ssj ))2 )1/2 kde: ssx = (x (Xxk )2 )1/2 5. Average distance (AVERAGE):

Adij = ((k (Xik - Xjk ))2 /n)1/2 kde: n = počet prvků v každé proměnné (i nebo j) 6. Sorensen's coefficient (SOREN):

Scij = 2a / (2a + b + c) 7. Jaccard's coefficient (JACCA):

Jcij = a / (a + b + c) 8. Simple matching coefficient (MATCH):

SMcij = (a + d) / (a + b + c + d) 9. Yule coefficient (YULE):

Ycij = (ad - bc) / (ad + bc) 10. Manhattan metric distance (MANHAT):

MMdij = k |Xik - Xjk | 11. Pearson product moment correlation coefficient (PEARS): _ _

k (Xik – Xi ) (Xjk – Xj ) PCCij = ––––––––––––––––––––––––––––––––– __ __

(k (Xik - Xi )2 )1/2 (k (Xjk - Xj )2 )1/2

92

12. Spearman rank order correlation coefficient (SPEAR):

6 k (Rik - Rjk )2 SCCij = 1 – –––––––––––––––––––––– n3 - n

kde: R = pořadí prvků proměnné i a j - sloupce datové matice k - řady datové matice Hodnoty genetických vzdáleností/podobností u linií. 1. SIMILARITY AND DISTANCE COEFFICIENTS - EUCLIDEAN DISTANCES 11 12 13 14 15 16 16 17 17 17 18 18 19 19 19

0.000 1.414 0.000 1.414 0.000 0.000 1.414 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.414 0.000 1.414 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 0.000 1.414 1.414 1.414 1.414 1.000 1.732 1.414 0.000 1.732 1.732 1.732 1.732 2.000 1.414 1.732 2.236 0.000 1.414 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 0.000 1.414 1.732 0.000 1.414 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 0.000 1.414 1.732 0.000 0.000 1.414 1.414 1.414 1.414 1.000 1.732 1.414 0.000 2.236 1.414 1.414 0.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.414 0.000 1.000 1.732 1.414 1.000 1.000 1.732 0.000 1.414 0.000 0.000 0.000 1.000 1.000 0.000 1.414 1.732 0.000 0.000 1.414 1.000 0.000 2.000 1.414 1.414 1.414 1.732 1.732 1.414 1.414 1.732 1.414 1.414 1.414 1.732 1.414 0.000

Dendrogramy pro isoenzymy ACP u androgenetických linií řepky - získané

metodou clusterové analýzy UPG. Euclidean distance (EUCLID) / unweighted pair group

93

Datové matice pro isoenzymy ACP - a) korelační matice, b) podobnostní matice (citlivost 3 dpi), c) podobnostní matice (citlivost 10 dpi).

a) b) c)

Androgenetické linie řepky - isoenzymy ACP.

Dendrogram - korelační matice.

Androgenetické linie řepky - isoenzymy ACP.

Dendrogram - podobnostní matice, 10 dpi.

94

Úkol 6.1-2.: Vyhodnoťte následující spektra isoenzymových markerů.

IEF - esterázy u řepky shikimát dehydrogenáza z listů trav Úkol 6.3-4.: Vyhodnoťte následující spektra biochemických markerů u krmné kapusty.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

M S DL

Rf

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

52 - DL - AAT

Rf

proteiny ze semen a děložních lístků isoenzymy aspartát aminotransferázy M - SigmaMarker, S - semena, DL - dělohy

95

Úkol 6.5.: Vyhodnoťte následující spektra RAPD markerů.

RAPD markery u řepky, řepice, hořčice, primer OPA-1


RAPD - řepka - DH linie, primer OPA-3

96


primer OPA-1, řepky

M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 M


primer OPB-6, DH linie řepky

M L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 L10 M

97

Úkol 6.9.: Z následující datové matice přítomnosti a nepřítomnosti pruhů (RAPD

markery) vypočtěte koeficienty podobnosti odrůd. Pomocí programu Statistica vyhodnoťte data pomocí dendrogramů.

Primer Odrůdy

1 2 3 10 4 5 6 7 8 9 1. OPA-1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 2. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 4. 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 5. 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 6. 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 7. 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 8. 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 9. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 10. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 12. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13. 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 14. 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 15. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 16. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 17. 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 18. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 19. 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 20. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 21. OPA-3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 22. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 23. 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 24. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 26. 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 27. 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 28. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 29. 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 30. 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 31. 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 32. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 33. 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 34. 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 35. 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 36. 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 37. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 38. 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 39. 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 40. 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 41. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 42. OPB-6 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 43. 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 44. 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 45. 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 46. 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0

pokračování tab.

98

pokračování tab.

47. 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 48. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 49. 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 50. 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 51. 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 52. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 53. 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 54. 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 55. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 56. 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 57. 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 58. 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 59. OPB-11 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60. 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 61. 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 62. 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 63. 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 64. 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 65. 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 66. 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 67. 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 68. 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 69. 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 70. 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 71. 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 72. 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 73. 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 74. 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 75. 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 76. 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1. hořčice černá Rumunská 2. hořčice sareptská Bulharská 3. řepice ozimá Rex 4. řepka ozimá Ceres 5. řepka ozimá Solida 6. řepka ozimá Falcon 7. řepka ozimá Lirajet 8. řepka ozimá Sonata 9. řepka ozimá Arabella 10. hořčice bílá Zlata

99

7. VÝSLEDKY K ŘEŠENÝM ÚKOLŮM A PROCVIČOVACÍM TESTŮM

1. MUTACE 1.1. MUTACE GENOVÉ Úkol 1.1.1.: generace: Mo M1 M2

genotyp: AA Aa P = 1/4 aa fenotyp: zelené zbarvení zelené zbarvení žluté zbarvení genotyp: aa Aa fenotyp: žluté zbarvení zelené zbarvení genotyp: Aa aa fenotyp: zelené zbarvení žluté zbarvení nebo AA zelené zbarvení Úkol 1.1.2.: původní rodičovský pár: adenin – thymin

adenin hypoxantín – cytosin guanin - cytosin AT GC

původní rodičovský pár: guanin - cytosin cytosin uracil – adenin adenin – thymin GC AT V obou případech zůstává zachována pozice párů bází purin – pyrimidin, proto se jedná o transici.

Úkol 1.1.3.: CG AT Změnila se pozice párů bází pyrimidin - purin na purin – pyrimidin. Úkol 1.1.4.: a) UGG (Trp) CGG (Arg) b) UGG (Trp) GGG (Gly) c) UGG (Trp) UAG (terminační kodon)

2. replikace

se páruje s se páruje s

se páruje s 2. replikace

se páruje s

100

Úkol 1.1.5.: CUG (Leu) původní mutace

GUG (Val) pravá reverze operační reverze CUG (Leu) UUG (Leu) Úkol 1.1.6.: Reverze způsobená intragenovou supresorovou mutací proběhne následovně: TCA (Ser) TAA (terminační kodon) TAT (Tyr) Úkol 1.1.7.: nefunkční polypeptid: ACC GUU GGC AGC - threonin – valin – glycin – serin – částečně funkční polypeptid: ACC GUU GCC AGC - threonin – valin – alanin – serin – Intragenová bodová mutace, kdy vzniká gen s jiným smyslem Úkol 1.1.8.: a) Dimery thyminu se vytváří po působení ultrafialového záření. b) Dimery thyminu zabraňují přesné DNA replikaci, DNA polymeráza se zastaví před

dimerem thyminu a v tomto místě se zastaví replikace. c) Dimery mohou být odstraněny fotoreaktivací u bakterií, účinkem enzymu fotolyázy

nebo excizní reparací, kdy je chyba v DNA enzymaticky odstraněna a na dané místo je syntetizován nový segment DNA.

Úkol 1.1.9.:Při excizní reparaci jako první působí enzym endonukleáza, která vyvolává

jednořetězcové zlomy po stranách dimeru thyminu tak, že následuje odstranění chybného úseku DNA, obsahující dimer thyminu dalším enzymem exonukleázou. DNA polymeráza provede resyntézu DNA molekuly na prázdné místo. DNA ligáza vytvoří fosfodiesterové vazby v místech původních zlomů.

původní mutace supresorová mutace

3´

5´

3´

5´

endonukleáza

exonukleáza

3´

5´

DNA polymeráza I

3´

5´

ligáza

101

Úkol 1.1.10.: Řetězec m-RNA bude mít následující pořadí nukleotidů – UUG GCG GCU UUC – a

pořadí aminokyselin: leucin – alanin – alanin – phenylalanin -. Pořadí aminokyselin bude stejné i před mutací, protože mutací nedošlo ke změně smyslu kodonu UUG (původní UUA) – oba kódují leucin. Nedošlo ke změně pořadí bází purin – pyrimidin: AT GC, proto se jedná o transici.

1.2. MUTACE CHROMOZOMOVÉ Úkol 1.2.1.: Úkol 1.2.2.: Pořadí genů na jednom chromozómu bude ADEEFGH a na druhém ABCDEBCFGH. Úkol 1.2.3.: Jestliže jedinci jsou pro inverzi homozygotní, nevzniká žádná inverzní heterozygotní

smyčka a ani se nevyskytuje inhibice v crossing-overu. Pouze se bude měnit vzdálenost některých genů na chromozómové mapě.

Úkol 1.2.4.: Geny g a f. Úkol 1.2.5.: V úseku genů bcd došlo k inverzi (k otočení celého úseku). Úkol 1.2.6.: Změnila se struktura chromozómů abfedcg a hijklm na strukturu abfeklm a hijdcg

interchromozómovou výměnou úseků klm a dcg tzv. translokací.

tandemová duplikace:

K L M N M N O P Q R

reverzní duplikace

K L M N N M O P Q R

nezávislá duplikace

K L M N O P M N Q R

102

Úkol 1.2.7.: a) b) Úkol 1.2.8.: Při určování evolučních vztahů mezi druhy, prvním krokem je zjištění, které druhy jsou

nejvíce podobné původní formě. Je to forma, která se nejméně odlišuje v počtu chromozómových změn. Druhy C a F se odlišují od původního druhu A pouze jednoducho změnou v chromozómové struktuře: druh F ztrátou centroméry, pravděpodobně malou delecí a druh C reciprokou translokací zahrnující segmenty qr a nm. Druh B by mohl být odvozen z druhu C paracentrickou inverzí: bcd dcb. Ale B mohl být také odvozen přímo z A translokací a inverzí, ale nejjednodušší hypotéza je ACB. Druh C pravděpodobně také dal vznik druhu E, jediným rozdílem mezi nimi je pericentrická inverze segmentu cdef Druh D mohl být odvozen z druhu E reciprokou translokací segmentů vyz a dcg. Druh F se zdá, že pouze ztratil centroméru. Touto jedinou změnou se odlišuje od původního druhu, proto se dá předpokládat, že byl od něho odvozen samostatně. Pomocí schématu můžeme shrnout naše úvahy o evolučních vztazích uvedených druhů:

A C B F E D

A B C D E F

M N O P Q

A B C D E Q

M N O P F

A A B B C C D D E E Q F Q F P P O O N N M M

A A B B C C D D E E

Q F

F Q P P

O O N N M M

103

1.3. MUTACE GENOMOVÉ Úkol 1.3.1.: Rostlina s 18 chromozómy je pravděpodobně diploid a mohla by být původní formou

v této polypoloidní sérii. Potom haploidní počet je 9 a ostatní druhy jsou násobky základního souboru 9 chromozómů. Například druh s 27 chromozómy je triploidní (3 . 9 = 27). Tento závěr bychom mohli prokázat studiem chromozómů po vytvoření karyotypů všech zástupců polyploidní série.

Úkol 1.3.2.: Zdálo by se, že se zvyšujícím stupněm polyploidie by se mohla zvyšovat i výtěžnost semen

u rostlin. Na tomto příkladu je dobře vidět, že optimální stupeň polyploidie byla diploidie, kdy byl získán největší počet semen a dále i tetraploidie vzhledem k velikosti semen a předpokládané větší jejich fertilitě. Naopak triploidie se nejevila jako optimální z důvodu poruch při meióze a tudíž i tvorbě nezbalancovaných gamet. Ani další zvyšování polyploidie (6n a 8n) nebylo vhodné, protože je známá nondisjunkce při rozchodu chromozómů u autopolyploidů a jak je vidět zesiluje se stupněm polyploidie.

Úkol 1.3.3.: Druh B má devět párů chromozómů a druh F má sedm párů chromozómů. Alopolyploid

bude mít devět chromozómů druhu B a sedm chromozómů F. Při meióze bude vytvářet devět univalentů B a sedm univalentů F, zatímco rodič B bude vytvářet gamety s devíti B univalenty.

Hybrid bude mít devět párů B chromozómů a sedm nespárovaných F chromozómů, takže při synapsi bude vidět devět bivalentů a sedm univalentů. Jestliže se alopolyploid zpětně kříží s F rodičem, při synapsi hybrid tvoří sedm bivalentů (FF) a devět univalentů (B).

Úkol 1.3.4.: Pravděpodobně to není možné, protože dva genomy by měly fungovat společně a

produkovat fertilní rostliny. Je extrémně nepravděpodobné, že malý strom a rostlina podzemnice olejné bude mít kompatibilní vývojové systémy, které umožní vznik hybrida. Ale v případě dvou genómů, které by byly kompatibilní, je velmi málo pravděpodobné, že hybrid bude mít ekonomicky výhodné vlastnosti obou rodičovských druhů. Náš příklad je trochu výstřední, vhodnější by byl příklad Raphanobrassica Karpečenka. Při křížení ředkve a brukve fertilní alopolyploid neměl ani kořen ředkve ani bulvu brukve. Protože Karpečenko byl ruským mendelovským genetikem a nepřijal lisenkismus, byl uvězněn a zemřel ve vězení. Jeho budoucnost mohla být docela jiná, kdyby hybrid měl užitkové vlastnosti obou druhů.

Úkol 1.3.5.:

a) A x B alopolyploidní rostliny budou pravděpodobně podobné svým blízce příbuzným rodičům, zatímco hybrid A x C bude mít větší odlišnost od obou rodičů.

b) A x B alopolyploid by měl mít 2n sadu A chromozómů a 2n sadu pravděpodobně podobných B chromozómů (AA + BB), zatímco A x C alopolyploid bude mít 2n sadu A chromozómů a 2n sadu rozdílných C chromozómů (AA + CC). Někteří jedinci AA + BB by se mohli podobat autotetraploidům, alespoň pro některé své chromozómy. AA +

104

CC jedinci s velmi nízkou homologií mezi A a C chromozómy by pravděpodobně jevili dojem normálních diploidů při zkoumání jejich chromozómů.

c) Předpokládejme, že vývoj květů u obou alopolyploidů je normální (to znamená, že A + B genomy a A + C genomy spolupracují při vývoji normálních květů), potom AA + BB rostliny by mohly být méně fertilní než AA + CC rostliny. Příčinou by byl pravidelný rozchod A a C chromozómů v I metafázi meiotického dělení a vznik životných gamet, vždy s polovičním počtem chromozómů genomu A a C. AA + BB hybrid naopak při párování chromozómů, vzhledem k větší podobnosti genomů, by mohl vytvářet soubory i čtyř chromozómů. A stejně jako u autopolyploidů, by zde mohlo docházet k poruchám rozchodu chromozómů a k vytváření nezbalancovaných gamet. Gamety by byly dizomické pro některé chromozómy se současnou produkcí nulizomiků. To pak často vede k produkci neživotných nebo špatně životných gamet v příští generaci sporofytů. Byl by to výsledek redukované fertility AA + BB alopolyploidů.

Úkol 1.3.6.: Jestliže autotetraploid má 48 chromozómů, diploid 24, a monoploidní počet chromozómů

je 48 : 4 = 12. Protože počet vazbových skupin odpovídá počtu chromozómů monoploida (počet chromozómů v jednom genomu), počet vazbových skupin je 12.

Úkol 1.3.7.: Alotetraploid se také nazývá amfidiploid (zdvojený diploid). to platí tehdy, jestliže

všechny chromozómy jsou v párech, a proto monoplidní počet pro alopolyploida je 48 : 2 = 24. Počet vazbových skupin je proto 24. Neexistuje žádná závislost na počtu chromozómů rodičovských druhů, z kterých alopolyploid vznikl. Například druh A měl 2n = 30 chromozómů a druh B 2n =18 chromozómů, druh A přispěl svými 15 vazbovými skupinami a druh B 9 vazbovými skupinami, celkem alopolyploid měl 24 vazbových skupin. Nebo v jiném případě oba druhy A a B měly 2n = 24 chromozómů, tudíž oba druhy přispěly po 12 vazbových skupinách, celkem 24.

Úkol 1.3.8.: Při mitóze se každý chromozóm chová jako individualista s tím, že se každý rozdělí na dvě

chromatidy, které se rozcházejí k opačným pólům. Z toho je zřejmé, že každá dceřiná buňka bude mít opět 2n + 1 počet chromozómů jako měla původní mateřská buňka. Při meióze se ale rozcházejí k opačným pólům homologní chromozómy a chromozóm nespárovaný má tendenci se přesunout buď k jednomu nebo k druhému pólu. Potom pravděpodobně v gametách můžeme s 50 % pravděpodobností očekávat n počet chromozómů a s 50 % pravděpodobností n + 1 počet chromozómů.

Úkol 1.3.9.: Původní diploidní druh měl 2n = 10 chromozómů.

A dimono-trizomik E mono-nulizomik B mono-trizomik F monoploid (haploid) C triploid G ditrizomik D tetrazomik H dizomik (diploid)

105

Úkol 1.3.10.: A 2n – 1 – 1´+ 1´´ (41) E 2n – 1 – 2´ (39) B 2n – 1 + 1´ (42) F n (21) C 3n (63) G 2n + 1 + 1´ (44) D 2n + 2 (44) H 2n (21) Řešení testu 1b, 2a, 3a, 4a, 5b, 6c, 7b, 8c, 9a, 10a. 2. VZDÁLENÁ HYBRIDIZACE Úkol 2.1.: a) Podle obrázku je F1 hybrid sterilní, pravděpodobně neobsahuje semena nebo nejsou

plně fertilní, popřípadě fertilních semen bude produkovat velmi málo. b) Raphanus sativus x Brassica oleracea Genomy: RR BB 2n = 18 2n = 18 Gamety: R – 9´ B – 9´

Sterilní hybrid Genomy: RB - 18´ 2n = 18 Fertilní hybrid: Raphanobrassica Genomy: RRBB c) Gamety F1 hybrida mohly obsahovat 0 - 18 chromozómů. d) Počet chromozómů F1 hybrida vysvětluje vznik rostlin v F2 generaci, které budou mít 36 chromozómů a budou plodné. Stane se tak, jestliže se spojí dvě gamety se všemi 18 chromozómy. e) Amfidiploidizací (působením kolchicinu).

Úkol 2.2.: Ze zadání se dá usoudit, že genomy druhu B a druhu C se odlišují kvalitativně i

kvantitativně, proto pro jejich označení použijeme odlišná písmena a pro jednoduchost můžeme použít shodná s označením druhů.

Druh B x Druh C

Genomy: BB CC 2n = 18 2n = 14 Gamety: B C n = 9´ n = 7´ Hybrid: BC Počet bivalentů nebo univalentů: 16´

106

Hybrid x Druh B Genomy: BC BB Hybrid: BBC Počet bivalentů a univalentů: 8´´ + 7´

Úkol 2.3.: Bylo by to možné u rostlin, které mají schopnost se rozmnožovat vegetativně. Existence

dvou haploidních sad není problém při mitóze, ale při meióze by nepřítomnost chromozómových párů vedla k aneuploidii a sterilitě. Z tohoto důvodu je velmi nepravděpodobné, aby hybridy mezi různými druhy vytvářeli živočichové, protože se reprodukují pohlavně, tudíž probíhá meióza. A kromě toho zpravidla živočišní haploidi se vyvíjí abnormálně.

Úkol 2.4.: Trifolium repens x Trifolium nigrescens 2n = 32 2n = 16 Genomy: RRRRRRRR NNNN Gamety: RRRR NN Hybrid: RRRRNN 2n = 24 Fertilita by u těchto mezidruhových hybridů mohla být zajištěna možností párování chromozómů, protože každý genom má partnera do páru. Úkol 2.5.: Vývojové schéma: Triticum monococcum x Aegilops speltoides nebo Aegilops bicornis 2n = 14 2n = 14 Genomy: AA BB Gamety: A B

Hybrid (genomy): AB amfidiploidizace Triticum dicoccum x Aegilops squqrosa 2n = 28 2n = 14 Genomy: AABB DD gamety: AB D Triticum spelta Genomy: AABBDD Triticum aestivum Genomy: AABBDD 2n = 42 Úkol 2.6.:

Rodičovská linie: Triticum aestivum (P) x Secale cereale (Ž) 21´´ 2n = 42 7´´ 2n = 14 Genomy: AABBDD RR

mutace a přírodní výběr

107

Gamety: ABD R Počet chromozómů v gametách: 21´ 7´ Sterilní potomstvo: 21´P + 7´Ž ošetření kolchicinem Fertilní amfidiploidní hybrid: 21´´P + 7´´Ž x 21´´P zpětné křížení nebo samosprášení Gamety: 21´P + 7´Ž 21´P Monozomická adiční linie: 21´´P + 1´Ž samosprášení Gamety: 21´P; 21´P + 1´Ž Dizomická adiční linie: 21´´P + 1´´Ž Detekce monozomické a dizomické adiční linie se provádí cytologicky (využívá se metod proužkování chromozómů.

Úkol 2.7.: Schéma křížení: Triticum durum x Triticum monococcum (náchylné rostliny) (donor genu odolnosti) 2n = 28 2n = 14 Genomy: AABB AA Hybrid: AAB Počet bivalentů a univalentů: 7´´ 7´ BC (zpětné křížení odolných rostlin hybrida): Hybrid x Triticum durum Genomy: AAB AABB Gamety: A, AB, A, AB AB BC1 Hybrid 2n = 28 Genomy: AABB (pouze 16 rostlin špatně vyvinutých, z nich 5 rostlin vyrostlo, 4 byly náchylné a pouze 1 odolná) Hybrid x Triticum aestivum Genomy: AABB AABBDD Gamety: A, AB, A, AB ABD Hybrid 2n = 35 Genomy: AABBD x AABBDD Triticum aestivum „Zlatka“ až do BC4, Rezistentní Triticum aestivum „Zlatka“ AABBDD

Řešení testu 1b, 2a, 3c, 4a, 5c, 6a, 7c, 8a, 9c.

108

3. GENETIKA KVANTITATIVNÍCH ZNAKŮ 3.1. DĚDIČNOST KVANTITATIVNÍCH ZNAKŮ Úkol 3.1.1.: skutečné hodnoty x PA = 40,37

x PB = 93,11

x F1 = 63,53

vypočtené hodnoty x F1 = 66,74 dF1 = 3,21 GF1 = 61,31 dF1 = 2,22 Jedná se o multiplikativní účinky polygenů. Úkol 3.1.2.: Protože se jedná o multiplikativní účinky polygenního systému, nelze počet polygenů zjistit. Úkol 3.1.3.:

x F1 = 102,5 GF1 = 100,99 Diference je menší u aritmetického průměru, jedná se o aditivní účinky.

Úkol 3.1.4.:

x F1 = 260 GF1 = 231 d = 20 d = 9 Diference je menší u geometrického průměru, jedná se o multiplikativní účinky.

Úkol 3.1.5.:

Neutrální alela = 3 Aktivní alela = 5 P1 = 6 + 20 = 26 P2 = 12 + 10 = 22 F1 – Aa Bb Cc = 9 + 15 = 24 (26+22)/2 = 24 F2 - počet aktivních alel: 0 1 2 3 4 5 6 fenotypový štěpný poměr: 1 6 15 20 15 6 1 genotypová hodnota: 18 20 22 24 26 28 30

Úkol 3.1.6.:

Neutrální alela = 4 Aktivní alela = 6 P1 = 0 + 36 = 36 P2 = 24 + 0 = 24 F1 – Aa Bb Cc = 12 + 18 = 30 (36+24)/2 = 30

109

F2 - počet aktivních alel: 0 1 2 3 4 5 6 fenotypový štěpný poměr: 1 6 15 20 15 6 1 genotypová hodnota: 24 26 28 30 32 34 36

Úkol 3.1.7.:

P1 = 2*26 = 128 P2 = 2 F1 = Aa Bb Cc = 2*23 = 16 F2 - počet aktivních alel: 0 1 2 3 4 5 6 fenotypový štěpný poměr: 1 6 15 20 15 6 1 genotypová hodnota: 2 4 8 16 32 64 128

Úkol 3.1.8.:

F1 = 270, F2 = 270, B1 = 195, B2 = 345 Úkol 3.1.9.:

F1 = 224,45, F2 = 231,83, B1 = 164,12, B2 = 307,03 Úkol 3.1.10.:

n = 12,38 – tj. 13 polygenů Úkol 3.1.11.:

P: A1A1A2A2A3A3a4a4 x a1a1a2a2a3a3A4A4

180 cm 100 cm F1 A1a1A2a2A3a3A4a4 - 140 cm F2 – štěpení: 1 : 8 : 28 : 56 : 70 : 56 : 28 : 8 : 1 aktivní alely: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 výška: 60 80 100 120 140 160 180 200 220 průměrná výška: 140

Úkol 3.1.12.:

4000 jedinců – cca velikost nejmenší úplné populace 4n = 4000 - n = 6 alelických párů (nlog4 = log4000 --- n = log4000/log4) extrémní rostliny nevyštěpily – teoreticky F2 štěpí v rozsahu 30-90 cm, rozdíl 60 cm ….. 12 alel – 1 alela = 5 cm štěpení: 1 : 12 : 66 : 220 : 495 : 792 : 924 : 792 : 495 : 220 : 66 : 12 : 1 rostliny shodné s rodičovskými – 220 rostlin vysokých 45 cm a 220 rostlin vysokých 75 cm, těchto 220 rostlin představuje cca 5,5%

Úkol 3.1.13.:

4n = 500 …… n = 4,48 – tj. n = 4 extrémní hodnoty v F2 - 122 – 186, diference je 64 cm, na 1 alelu připadá 8 cm frekvence výskytu rostliny o výšce 154 cm – 248/1016 frekvence výskytu rostliny o výšce 162 cm – 208/1016 nejvíce bude průměrných rostlin – vysokých 154 cm

110

Úkol 3.1.14.:

Frekvence výskytu rodičovských genotypů – 0,2% (to odpovídá frekvenci 2/1024) – délka je řízena 5 lodyhy polygeny šlechtitelská novnka – rr A1A1A2A2A3A3A4A4A5A5 - 0,25*1/1024 = 0,00024 = 0,024% rostlina 70 cm vysoká s kulatými semeny – 0,75*120/1024 = 0,0879 = 8,79% rostlina 40 cm vysoká se svraskalými semeny – 0,25*10/1024 = 0,0244 = 0,244%

Úkol 3.1.15.:

1. 190 cm 2. 170 – 210 cm 3. 180 – 200 cm (– 230 cm) 4. 170 – 210 cm (– 230 cm) 5. 170 – 210 cm (– 250 cm) rozsah výšky 170- 250 cm – diference 80 cm v nejjednodušším případě 1 alela odpovídá 10 cm výšky, znak je pak ovlivňován 4 polygeny 1. AAbbccdd x AAbbccdd max. 2 aktivní alely 2. AaBbccdd x AaBbccdd max. 4 aktivní alely 3. AAbbccdd x aaBbCcdd max. 6 aktivní alely 4. AaBbccdd x AabbCcdd max. 6 aktivní alely 5. AaBbccdd x aabbCcDd max. 8 aktivní alely

3.2. STANOVENÍ SLOŽEK GENETICKÉ A NEGENETICKÉ VARIABILITY Úkol 3.2.1.:

VP1 = 1,93 VP2 = 2,41 VF1 = 1,93 VF2 = 11,84 VB1 = 7,14 VB2 = 7,93 E = 2,09

A = 17,22 D = 4,56 A

D = 0,51

111

Úkol 3.2.2.: Zdroj variability Stupně volnosti SČ označení var. V Složky var. Odrůda 2 888 V1 444 σ2

O = 43,7 Ročník 2 502 V2 251 σ2

R = 23,8 Lokalita 2 2114 V3 1057 σ2

L = 110,8 O x R 4 64 V4 16 σ2

OR = 3,8 O x L 4 157 V5 39 σ2

OL = 11,5 L x R 4 100 V6 25 σ2

LR = 6,8 Reziduální 8 36 V7 4,5 Celková 26 3861 V8 Konstanta = 12160 Úkol 3.2.3.:

VP1 = 0,54 VP2 = 0,93 VF1 = 0,62 VF2 = 17,56 VB1 = 8,71 VB2 = 14,45 E = 0,7

A = 23,92 D = 19,6 A

D = 0,91

3.3. KOEFICIENT HERITABILITY Úkol 3.3.1.:

sF1 = 2,014 VF1 = 4,056 sF2 = 3,381 VF2 = 11,433 H = 0,65

Úkol 3.3.2.:

sF1 = 0,728 VF1 = 0,531 sF2 = 0,782 VF2 = 0,611 H = 0,13

Úkol 3.3.3.:

VA = 1,7 Vprům. = 1,88 VB = 1,3 VC = 1,3 H = 0,87 VD = 2,8 VE = 2,3

Úkol 3.3.4.:

VA = 0,3 Vprům. = 0,38 VB = 0,2 VC = 0,7 H = 0,94 VD = 0,2 VE = 0,5

112

Úkol 3.3.5.: H = [251700 – 10*156*158] / [251400 – (2433600 / 10)] = 5220 / 8040 = 0,65

Úkol 3.3.6.:

H = [2401 – 10*15,5*15,4] / [2453 – (24025 / 10)] = 0,28 Úkol 3.3.7.:

H = (144 – 89,3) / 144 = 0,38 Úkol 3.3.8.:

H = (0,55 – 0,06) / 0,55 = 0,89 Úkol 3.3.9.:

H = 1 – M3/M1 = 1 – 9,2/24,3 = 0,62 Úkol 3.3.10.:

a/ zrno – rostlina: H = 0,16 / (0,16 + 0,125 + 0,025) = 0,52 b/ zrno – klas: H = 0,03 / (0,03 + 0,01 + 0,002) = 0,71

3.4. GENETICKÝ ZISK Úkol 3.4.1.:

H = (98 – 16,7) / 98 = 0,83 a/ F1 : ΔG = 0,378/0,3 * 0,83 * 4,08 = 3,93 výška = 89,3 + 3,93 = 93,23 a/ F2 : ΔG = 0,378/0,3 * 0,83 * 9,89 = 9,52 výška = 89 + 9,52 = 98,52

Úkol 3.4.2.: H = (341,2 – 63,3) / 341,2 = 0,81 ΔG = 0,1354/0,07 * 0,81 * 18,5 = 28,99 výška = 341 cm

Úkol 3.4.3.:

H = (1225 – 351,6) / 1225 = 0,71 ΔG = 2,64 * 0,71 * 35 = 65,6 hmotnost potomstva = 190,6 g

Úkol 3.4.4.:

H = (2,1904 – 0,9752) / 2,1904 = 0,55 ΔG = 2,05 * 0,55 * 1,48 = 1,67 počet klásků u potomstva = 21,42

113

Úkol 3.4.5.: H = (14,44 – 13,29) / 14,44 = 0,08 ΔG = 2,05 * 0,08 * 3,8 = 0,623 HTS u potomstva = 37,073

Úkol 3.4.6.:

H = (841 – 174,24) / 841 = 0,79 ΔG = 2,64 * 0,79 * 29 = 60,48 výška potomstva = 71,52 cm

Úkol 3.4.7.:

H = (841 – 174,24) / 841 = 0,79 ΔG = 4,3 * 0,79 * 29 = 98,51 výška potomstva = 33,49 cm

Úkol 3.4.8.:

H = (25 – 9,73) / 25 = 0,61 ΔG = 2,9 * 0,61 * 5 = 8,85 olejnatost u potomstva = 56,85 %

Úkol 3.4.9.:

H = (256 – 186) / 256 = 0,27 ΔG = 2,9 * 0,27 * 16 = 12,5 obsah glukosinolátů u potomstva = 9,5

Úkol 3.4.10.:

a/ ΔG = 2,05 * 0,4 * 4 = 3,28 b/ ΔG = 2,05 * 0,6 * 4 = 4,92 c/ ΔG = 2,05 * 0,8 * 4 = 6,56

Řešení testu 1b, 2a, 3b, 4a, 5c, 6c, 7b, 8c, 9b, 10c. 4. GENETIKA POPULACÍ 4.1. GENOVÉ A GENOTYPOVÉ FREKVENCE V POPULACI Úkol 4.1.1.-2.:

Frekvence Počet jedinců s recesivním fenotypem 1 10 50 100 500 950 p 0,9684 0,9 0,78 0,68 0,29 0,03 q 0,0316 0,1 0,22 0,32 0,71 0,97 d 0,938 0,81 0,61 0,46 0,084 0,001 h 0,061 0,18 0,34 0,44 0,412 0,058 r 0,001 0,01 0,05 0,10 0,504 0,941

114

Úkol 4.1.3.: r = 0,09 q = 0,3 p = 0,7 d = 0,49 h = 0,42 r = 0,09

Úkol 4.1.4.: r = 0,035 q = 0,187 p = 0,813 d = 0,661 h = 0,304 r = 0,035 homozygotů je 69,6%, tj. 8644 rostlin

Úkol 4.1.5.: a/ p = 0,291 + 0,248 = 0,539 q = 0,213 + 0,248 = 0,461 vypočtené genotypové frekvence: d = 0,2905 h = 0,4969 r = 0,2125 skutečné genotypové frekvence d = 0,291 h = 0,496 r = 0,213 b/ p = 0,835 + 0,078 = 0,913 q = 0,009 + 0,078 = 0,087 vypočtené genotypové frekvence: d = 0,834 h = 0,159 r = 0,007 skutečné genotypové frekvence d = 0,835 h = 0,156 r = 0,009 c/ p = 0,065 + 0,1305 = 0,1955 q = 0,674 + 0,1305 = 0,8045 vypočtené genotypové frekvence: d = 0,038 h = 0,315 r = 0,647 skutečné genotypové frekvence d = 0,065 h = 0,261 r = 0,674 kontrola X2 testu bude provedena na cvičení

Úkol 4.1.6.: samičí rostliny: r = 0,16 qf = 0,4 pf = 0,6 samčí rostliny: r = 0,33 qm = 0,33 pm = 0,67 - populace není v rovnováze - populace není v rovnováze samičí r.: p = 0,6, q = 0,4 samčí r. : p = 0,67, q = 0,33

XN p=0,67 Xn q=0,33 Y– 1,0 XN p=0,6 0,402 p2XX 0,198 pqXX 0,6 XY Xn q=0,4 0,268 pqXX 0,132 q2XX 0,4 XY

XX – p = 0,402 + 0,233 = 0,635 q = 0,132 + 0,233 = 0,365 XY – p = 0,6 q = 0,4 - populace není v rovnováze

115

Úkol 4.1.7.: populace: 1 AA + 1 aa x 4 AA + 3 Aa + 2 aa gamety: (2 A + 2 a) x (8 A + 3 A + 3 a + 4 a) (2 A + 2 a) x (11 A + 7 a) poměr A:a 13 A : 9 a potomstvo: 22 AA + 22 Aa + 14 Aa + 14 aa 22 AA + 36 Aa + 14 aa gamety: (44 A + 36 A + 36 a + 28 a) (80 A + 64 a) poměr A:a 5 A : 4 a rovnováhy není dosaženo potomstvo: 25 AA + 20 Aa + 20 Aa + 16 aa 25 AA + 40 Aa + 16 aa gamety: (50 A + 40 A + 40 a + 32 a) (90 A + 72 a) poměr A:a 5 A : 4 a rovnováhy je dosaženo

Úkol 4.1.8.: r = 0,024 q = 0,155 p = 0,845 d = 0,714 h = 0,262 r = 0,024

4.2. DYNAMIKA AUTOGAMICKÉ POPULACE Úkol 4.2.1.: Podíl homozygotů

mohybrid dihybrid trihybrid tetrahybrid F1 0 0 0 0 F2 0,5 0,25 0,125 0,0625 F3 0,75 0,5625 0,4219 0,3164 F4 0,875 0,7656 0,6699 0,5862 F5 0,9375 0,8789 0,8240 0,7725 F6 0,9688 0,9385 0,9091 0,8807

Úkol 4.2.2.: Podíl homozygotů a heterozygotů v %

dihybrid monohybrid homozygot F1 100 0 0 F2 25 50 25 F3 6,25 37,5 56,25 F4 1,563 21,875 76,562 F5 0,391 11,719 87,890 F6 0,098 6,055 93,847

116

Podíl homozygotů a heterozygotů v %

trihybrid dihybrid monohybrid homozygot F1 100 0 0 0 F2 12,5 37,5 37,5 12,5 F3 1,56 14,06 42,19 42,19 F4 0,20 4,10 28,71 66,99 F5 0,02 1,10 16,48 82,40 F6 0,003 0,28 8,80 90,91

Úkol 4.2.3.: Genotypy Výchozí

generace Generace po samosprášení 1. 2. 3. 4. 5.

AA 68 76 80 82 83 84 Aa 32 16 8 4 2 1 aa 0 8 12 14 15 15

Úkol 4.2.4.: Autogamická populace Panmiktická populace Hom. Het. Hom. Het. Výchozí generace 0 100 0 100 1. 50 50 50 50 2. 75 25 50 50 3. 87,5 12,5 50 50 4. 93,75 6,25 50 50 5. 96,875 3,125 50 50 6. 98,4375 1,5625 50 50 7. 99,21875 0,78125 50 50

Úkol 4.2.5.: Autogamická populace Panmiktická populace Hom. Het. Hom. Het. Výchozí generace 50 50 50 50 1. 75 25 50 50 2. 87,5 12,5 50 50 3. 93,75 6,25 50 50 4. 96,875 3,125 50 50 5. 98,4375 1,5625 50 50 6. 99,21875 0,78125 50 50 7. 99,609375 0,390625 50 50

117

4.3. DYNAMIKA PANMIKTICKÉ POPULACE 4.3.1. VLIV MUTACE NA ZMĚNU ROVNOVÁŽNÉHO STAVU POPULACE Úkol 4.3.1.1.:

r = 0,1 q0 = 0,32 Δp = -0,00000188 qn = 0,32000188 pn = 0,67999812 d = 0,462 h = 0,435 r = 0,103

Úkol 4.3.1.2.:

q0 = 0,2 u = 3*10-5 v = 1*10-5 p

= 0,75 q

= 0,25 d = 0,56 h = 0,38 r = 0,06 4.3.2. VLIV SELEKCE NA ZMĚNU ROVNOVÁŽNÉHO STAVU POPULACE Úkol 4.3.2.1.:

a/ q0 = 0,5 qn+1 = 0,33 qn+3 = 0,199 b/ q0 = 0,1 qn+1 = 0,09 qn+3 = 0,07 c/ q0 = 0,01 qn+1 = 0,0099 qn+3 = 0,0097

Úkol 4.3.2.2.: r = 0,07 q0 = 0,26 qn = 0,206 rn = 0,0424 ... 4,24%

Úkol 4.3.2.3.: r = 0,16 q0 = 0,4 qn+1 = 0,28 qn+2 = 0,22 qn+3 = 0,18 … 3,2%

Úkol 4.3.2.4.: r = 0,18 q0 = 0,42 qn = 0,296 rn = 0,087 ... 8,7% n = 7,6 ... tj. 8 generací

Úkol 4.3.2.5.: q0 = 0,6 s = 0,25 qn = 0,56 pn = 0,44 d = 0,19 h = 0,5 r = 0,31 Δq = 0,04

Úkol 4.3.2.6.: r0 = 0,15 q0 = 0,39 qn = 0,31 rn = 0,093 ... 9,3% úplná selekce – r = 0,28 ... 7,9%

Úkol 4.3.2.7.: S = 0,5 s = 0,75 p

= 0,6 q

= 0,4

d = 0,36 h = 0,48 r = 0,16

118

Úkol 4.3.2.8.:

r0 = 0,37 q0 = 0,61 rn = 0,24 qn = 0,49 qn = (q0 – sq0

2) / (1 – s q02) s = (qn – q0) / (qnq0

2 – q02) = 0,63

Úkol 4.3.2.9.:

r0 = 0,922 q0 = 0,96 rn = 0,24 qn = 0,49 qn = (q0 – sq0

2) / (1 – s q02) s = (qn – q0) / (qnq0

2 – q02) = 1

Úkol 4.3.2.10.:

S = 0,17 s = 0,44 p

= 0,72 q

= 0,28 d = 0,52 h = 0,4 r = 0,08

Úkol 4.3.2.11.: S = 0,09 s = 0,375 p

= 0,81 q

= 0,19

d = 0,66 h = 0,30 r = 0,04

Úkol 4.3.2.12.: r = 0,4 q0 = 0,63 qn = 1/(n + 1/q0) = 0,074 r = 0,0054 ... = 0,54%

4.3.3. VLIV SPOLUPŮSOBENÍ MUTACE A SELEKCE NA ZMĚNU ROVNOVÁŽNÉHO STAVU POPULACE Úkol 4.3.3.1.:

s = 1 r = 0,00000185 q = 0,00136 u = q2 = r = 0,00000185

Úkol 4.3.3.2.: s = 0,7 r = 0,000083 q = 0,00913 u = q2*s = 0,0000583

4.3.4. VLIV IZOLACE A GENETICKÉHO DRIFTU NA ZMĚNU ROVNOVÁŽNÉHO STAVU POPULACE Úkol 4.3.4.1.:

a/ 5*2

3,010*7,010 anf = 1,45

genové frekvence v další generaci v rozsahu (0,845-0,555; 0,445-0,155)

b/ 5000*2

3,010000*7,010000 anf = 45,83

genové frekvence v další generaci v rozsahu (0,705-0,695; 0,305-0,295) Řešení testu 1b, 2c, 3b, 4c, 5c, 6a, 7c, 8a, 9c.

119

5. INBREEDING A HETEROZE 5.1. INBREDNÍ DEPRESE Úkol 5.1.1.:

podíl hom./het. F2 F3 F4 F5 F6 F7

2a hom. 25 56,2 76,5 87,8 93,8 96,9 het. 75 43,8 23,5 12,2 6,2 3,1

4a hom. 6,25 31,64 58,6 77,2 88,8 93,9 het. 93,75 68,4 41,4 22,8 11,2 6,1

Úkol 5.1.2.: Výchozí generace: 90 % heterozygotů; I1: 45 %; I2: 22,5 %; I3: 11,25 %. Každou generaci se heterozygotnost sníží na polovinu předcházející generace, proto ve třetí generaci po samosprášení (I3) bude podíl heterozygotů 11,25 % heterozygotů. Úkol 5.1.3.: Kukuřice je rostlina cizosprašná, a proto při nuceném samosrášení (inbreedingu) nastává inbrední deprese, která se projevuje nejvýrazněji v prvních generacích po samosprášení, zatímco v 7.-8. generaci je rozdíl v mohutnosti rostlin a tedy i ve výnosu minimální. Pravděpodobně se rostliny přiblížily svému inbrednímu minimu. Úkol 5.1.4.:

Generace F

Výpočet [1 + (2m-1-1)]n

Kategorie Součet a (%) b (%) c (%) %

3 1 + 6 + 9 6,25 37,5 56,25 100 4 1 + 14 + 49 1,56 21,8 76,56 100 5 1 + 30 + 225 0,39 11,71 87,89 100 6 1 + 31 + 961 0,097 6,054 93,85 100 7 1 + 63 + 3 969 0,024 3,67 96,89 100 8 1 + 127 + 16 129 0,006 1,55 98,44 100

Úkol 5.1.5.: Podíl homozygotů: I10 = 99,71 %. Úkol 5.1.6.: Počet homozygotních linií n-násobného hybrida: 2n = 27 = 128. Úkol 5.1.7.: Pro výpočet použijeme inbreedingový koeficient: F4 = 0,0297 Úkol 5.1.8.: Nejjednodušší způsob použijeme k zjištění tzv. panmiktického indexu, jestliže známe inbreedingový koeficient: P4 = 1 – F4 1 – 0,0297 = 0,9703

120

5.2. HETERÓZE Úkol 5.2.1.:

a) linie: A x B C x D dvouliniový hybrid: AB x CD čtyřliniový hybrid: ABCD b) linie: A x B dvouliniový hybrid: AB x C tříliniový hybrid: ABC

Úkol 5.2.2.: Kontrolu popisu provede váš učitel. Úkol 5.2.3.: Na obrázku můžeme pozorovat:

- v rodičovské generaci se jednalo pravděpodobně o liniový materiál (v porovnání s generacemi F6 – F8, v kterých u kukuřice získáváme téměř 100 % homozygotnost. - v F1 jsme získali nejvyšší hodnotu heterózního efektu. Nižší hodnotu můžeme ještě zaznamenat v F2. V dalších generacích rostliny začínají projevovat inbrední depresi, což je důsledek samosprašování rostlin, které jsou přirozeně cizosprašné. - v generaci F7 – F8 dosahuje inbrední deprese inbredního minima a výška rostlin se již dál nezmenšuje.

Úkol 5.2.4.: a) U cibule se projevil výrazný heterózní efekt ve výnosu (velikosti, hmotnosti) v porovnání s rodičovskými generacemi. Je pravděpodobné, že rodič P2 má vysokou obecnou kombinační schopnost, protože se heterózní efekt projevil při křížení s oběma rodiči P1, což nebývá obvyklé. b) Na obrázku s kapustou je patrný rozdíl velikosti heterózního efektu při křížení různých dvou linií kapusty. c) Rostlina F1 generace je výrazněji větší, ale kromě velikosti se heterózní efekt projevil i v rozvětvení rostliny v porovnání s rodičem.

Úkol 5.2.5.: k průměru rodičů: 56,37. efekthet k lepšímu rodiči: %45,27. efekthet Úkol 5.2.6.: Pro výpočet použijte vzorce:

heterózní efekt k průměru rodičů: heterózní efekt k lepšímu rodiči:

(%)100.1

Px

PxFxHE

(%)100.

1

lepší

lepší

Px

PxFxHE

Kontrolu výpočtu provede učitel. Úkol 5.2.7.:

Heterózní efekt zde lze vyjádřit pouze k lepšímu rodiči. Jeho výše je 42,86 %.

121

Úkol 5.2.8.: a) P1: 26,8 g; P2: 26,8 g b) F1: 51,6 g

5.3. AUTOINKOMPATIBILITA A CMS Úkol 5.3.1.:

a – inkompatibilní opylení potomstvo: netvoří se b – semikompatibilní opylení potomstvo: S1S2, S2S3

c – kompatibilní opylení potomstvo: S1S3, S2S3, S1S4, S2S4

Úkol 5.3.2.: Počet kompatibilních tříd: 6 Genotypy v potomstvu: S1S3, S1S4, S1S5, S2S3, S2S4, S2S5.

Úkol 5.3.3.:

S1S2 Z2Z3 x S1S2 Z3Z5 inkompatibilní opylení S1S2 Z2Z3 x S3S4 Z5Z6 kompatibilní opylení S1S2 Z2Z3 x S3S4 Z2Z3 inkompatibilní opylení

Úkol 5.3.4.:

Při distylii je možné jediné kompatibilní křížení pin x thrum. Při tristylii jsou inkompatibilní křížení vždy long style x long style, medium style x medium style a short style x short style. Všechny jiné kombinace jsou kompatibilní.

Úkol 5.3.5.:

- - - - - - inkompatibilita v příslušném směru _______ kompatibilita

122

Úkol 5.3.6.: a) gametofytický systém b) sporofytický systém s neúplnou dominancí S1 a S2 alely v pylu i v blizně

c) sporofytický systém s dominancí S1 nad S2 alelou v pylu a neúplnou dominancí v blizně

d) sporofytický systém s dominancí S1 nad S2 alelou v blizně a neúplnou dominancí v pylu

Úkol 5.3.7.: a) A linie x B linie S (rf rf) N (rf rf) sterilní analog udržovatel sterility b) dvouliniový hybrid (AB) x dvouliniový hybrid (CD) S (rf rf) N (Rf Rf) cytoplazmaticky sterilní obnovitel fertility čtyřliniový hybrid (ABCD)

S (Rf rf) Úkol 5.3.8.:

sterilní linie: S (xx zz) polosterilní linie: S (Xxzz), S (XxZz) obnovitel fertility: N (XX ZZ)

Řešení testu 1a, 2c, 3a, 4b, 5c, 6c, 7a, 8b, 9b, 10c. 6. GENETICKÝ POLYMORFISMUS Kontrola výsledků bude provedena formou semináře.

Documents

JIHOČESKÁ UNIVERZITAbiocentrum.zf.jcu.cz/docs/ruzne/ruz-SG_pr-d6cc757aa5.pdf · Speciální genetika rostlin. Je určen pro studenty Zemědělské fakulty Jihočeské univerzity,