Întrebați Institutul Max Planck de orz pentru fiziologie moleculară a plantelor

Creșterea plantelor se desfășoară de peste zece mii de ani. În acel moment încă fără cunoașterea regulilor mendeliene conform principiului aleatoriu, astăzi, cu ajutorul celor mai precise metode de analiză, plantele sunt optimizate în proprietățile lor pentru uz uman.

Ce este reproducerea plantelor?

Omul folosește posibilitățile naturii

Scopul creșterii plantelor este de a produce plante cu proprietăți îmbunătățite. Baza creșterii clasice a plantelor este selecția plantelor cu caracteristicile dorite și încrucișarea țintită între ele. Când plantele se încrucișează, proprietățile a două plante sunt recombinate - bune și rele. Prin urmare, traversarea repetată cu selecția reînnoită ulterioară este necesară pentru a aduce împreună proprietățile favorabile și pentru a exclude pe cât posibil negativul.

Pentru a atinge diversele obiective de reproducere, este de o importanță decisivă cât de mare este varietatea caracteristicilor din cadrul unei specii de plante. Cu cât diversitatea genetică poate fi selectată, cu atât este mai mare să atingă obiectivul de reproducere dorit. Plantele cu combinația dorită de proprietăți se înmulțesc și, după diferite teste, vin pe piață ca un nou soi.

De unde vin culturile noastre?

O poveste care se întoarce cu mii de ani în urmă

La sfârșitul epocii de piatră, oamenii au defrișat pădurile tipice peisajului central-european și au selectat anumite plante pentru cultivare în aceste zone. Acest lucru a dus la o schimbare a compoziției naturale a speciilor și a apărut câmpurile și pajiștile.

Dintre speciile de plante cultivate, oamenii au ales acele plante pentru cultivare ulterioară care aveau proprietățile cele mai favorabile în ceea ce privește nevoile lor. De exemplu, plantele individuale cu urechi mai lungi sau fructe mai mari au fost selectate pentru cultivare ulterioară. Acest lucru nu numai că a crescut numărul plantelor mai productive, dar și-a îmbogățit componența genetică. Acest lucru a schimbat structura genetică a speciilor cultivate.

Multe dintre plantele noastre cultivate (grâul) au fost create din forme sălbatice prin intervenția umană în urmă cu mii de ani. Cerealele de astăzi provin din ierburi sălbatice. Principalele noastre cereale grâu, orz și secară, dar și porumb, cartofi și roșii au fost importate în Europa din alte regiuni ale lumii.

De ce avem nevoie de reproducere a plantelor?

Scopurile plantelor nu sunt scopuri umane

În natură, plantele beneficiază de acele proprietăți care le îmbunătățesc adaptabilitatea la mediu și își sporesc puterea competitivă ÎNTREABĂ PRUNĂ. Cu toate acestea, proprietățile care asigură supraviețuirea plantei pot perturba sau chiar împiedica utilizarea acesteia de către oameni. Pierderea prematură a semințelor, producerea de substanțe amare sau otrăvitoare pentru a îndepărta dușmanii.

Acest lucru reiese din exemplul cerealelor: la începutul cultivării cerealelor, oamenii au ales acele plante pentru cultivare ale căror semințe au rămas pe ureche cât mai mult timp posibil și nu au căzut devreme pe câmp sau în timpul transportului. Oamenii au obținut astfel randamente mai mari, dar în același timp au restricționat capacitatea plantei de a se reproduce. Prin urmare, cerealele trebuie treierate astfel încât cerealele (sămânța) să fie eliberate.

Aproape toate culturile noastre de astăzi nu sunt capabile să supraviețuiască în afara câmpurilor cultivate, deoarece pun cerințe ridicate în ceea ce privește calitatea solului și aprovizionarea cu nutrienți și, în plus, nu sunt foarte competitive cu plantele sălbatice.

Ce scopuri urmăresc oamenii în reproducere?

Obiectivele umane nu sunt obiectivele plantelor

Există obiective specifice de reproducere pentru fiecare tip de cultură. Aceste obiective de reproducere se referă la:

profitabilitate
Securitatea randamentului (inclusiv stabilitatea, rezistența la dăunători și boli, toleranță mai mare la influențele climatice)
îmbunătățirea calității (compoziția ingredientelor în termeni de sănătate, gust sau proprietăți de procesare)
adaptarea plantelor la procesele de producție (de exemplu, coacerea uniformă, lungimea uniformă a tulpinii)
utilizarea îmbunătățită a resurselor (nutrienți, apă etc.)

Pe ce se bazează proprietățile pe bază de plante?

Genele părinților determină caracteristicile copiilor

Proprietățile se bazează pe informațiile stocate pe ADN sub formă de gene din nucleul celular al plantelor (Ask the Grape, Part 1). Fie o singură genă poate fi responsabilă pentru dezvoltarea proprietăților, fie mai multe gene se combină pentru a le crea.

Plantele pot avea în jur de 30.000 (creșterea thalei) până la peste 60.000 de gene (grâu). În timpul fertilizării, genele tatălui și ale mamei sunt recombinate. Rezultatul este descendența cu un nou set de proprietăți (Ask the Grape, Partea 1). Cu cât varietatea este mai mare în cadrul unei specii, cu atât sunt mai mari combinațiile posibile. Sarcina crescătorului este de a selecta cei mai buni candidați pentru reproducerea ulterioară din acest soi. Pentru proprietăți care nu sunt vizibile imediat, cum ar fi gustul sau anumite rezistențe la boli, acest lucru este deosebit de dificil.

Cum se înmulțesc plantele?

De flori și clone, albine și vânt

Autopolenizatori sunt i.a. Grâu, orz, ovăz, orez, mazăre și fasole.

Reproducerea în plante are loc fie sexual prin polenizare și fertilizare, fie asexual prin reproducere vegetativă.

În timpul reproducerii sexuale, polenul și celulele ou se formează în florile plantelor. Se face distincția între auto-polenizarea, în care polenul unei flori ajunge pe stigma aceleiași flori și polenizarea încrucișată, în care polenul din floarea unei plante este transferat la stigmatul florii unei alte plante.

Tipul de polenizare are o influență decisivă asupra caracteristicilor descendenților și asupra diversității acestora. Deoarece, în cazul autopolenizatorilor, semințele și polenul provin de la aceeași plantă, descendenții sunt în mare parte identici între ei și cu planta mamă.

Structura genetică a acestor plante poate fi schimbată numai prin mutații sau fertilizare încrucișată.

Polenizatori încrucișați sunt i.a. Secară, lucernă, floarea soarelui, rapiță, cânepă, furaje și sfeclă de zahăr, precum și porumb.

În polenizarea încrucișată, polenul și oul provin din diferite plante. Polenul poate fi transportat către plantele primitoare de către insecte sau vânt. Puii dintr-o astfel de cruce sunt compuși dintr-un număr mare de plante diferite din punct de vedere genetic.

Pe lângă reproducerea sexuală, plantele au și opțiunea de reproducere asexuată. Așa-numita propagare vegetativă creează plante care au exact aceleași proprietăți ca și planta originală. Astfel de plante sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de ramuri sau clone. Exemple de acest tip de înmulțire sunt cartofii și căpșunile. Au fost dezvoltate diferite metode de reproducere în funcție de tipul de reproducere și polenizare.

Ce metode de reproducere există?

Rezistența la făinare în orz: Prin traversarea rasei etiopiene (stânga), cultivarul european de elită (dreapta) a devenit, de asemenea, rezistent la făinare (începând cu aprox. 1930).

Căi diferite duc la obiectiv

Aproximativ o treime din recolta mondială se pierde din cauza bolilor plantelor, dăunătorilor și buruienilor. În plus, provocările viitoare sunt enorme, datorită unei populații mondiale în continuă creștere, cu scăderea simultană a zonelor de cultivare și schimbarea condițiilor climatice. Pentru a continua să obținem randamente de înaltă calitate și compatibile cu mediul în cantități suficiente, avem nevoie de creștere eficientă și inovatoare a plantelor.

În secolul trecut, metodele clasice de reproducere bazate pe selecție și încrucișare ar putea fi completate cu noi practici. Prin tehnici care facilitează găsirea plantelor care sunt adecvate pentru reproducere ulterioară sau tehnici care permit adăugarea de proprietăți individuale, creșterea plantelor ar putea fi mai eficientă. Condițiile preliminare pentru aceasta au fost create prin cercetarea de bază asupra plantelor.

Metode clasice

Creșterea elitei este cea mai veche formă cultivată. A fost inițial operat ca o selecție în masă, în care au fost cultivate amestecuri îmbunătățite ale unei specii de plante. Cele mai bune plante individuale au fost selectate ulterior din aceste amestecuri (soiuri locale). Ca urmare, soiurile de pământ au fost împărțite în linii uniforme genetic (rase terestre).

Sub Ameliorare combinată se înțelege încrucișarea plantelor cu scopul de a recombina caracteristicile. Diferite soiuri de plante cultivate pot fi încrucișate între ele sau specii sălbatice pot fi încrucișate în planta cultivată.

Doar cele mai promițătoare sunt selectate din traversările individuale. În timp ce auto-fertilizarea trebuie prevenită în auto-fertilizare pentru a putea crea noi combinații (încrucișare artificială), în polenizarea încrucișată, fertilizarea încrucișată se face în mod deliberat cu un alt partener.

Cresterea hibridă este o dezvoltare ulterioară a reproducerii combinate. Două plante părinte genetic diferite, dar homozigote (linii consangvinizate) sunt încrucișate între ele. Descendenții acestei cruci sunt mult superiori părinților lor în ceea ce privește creșterea și randamentul. Acest fenomen se numește heteroză. Numai din motive economice, materialul recoltat al unui soi hibrid nu poate fi folosit ca semințe, deoarece efectul de heteroză și, astfel, randamentul ridicat se pierde în generația ulterioară din cauza divizării proprietății.

Trebuie efectuate numeroase teste înainte ca soiul să fie terminat. Durează aproximativ 12 până la 15 ani de la prima încrucișare până la aprobare.

Cresterea hibridă Pe lângă porumb, este utilizat și pentru sfeclă de zahăr, floarea-soarelui, multe tipuri de legume, cereale precum grâul și secara și plante ornamentale.

Metode noi, complementare

În reproducere asistată de marker vor fi tehnici de biologie moleculară precum PCR, secvențierea sau Determinarea ingredientelor (Întrebați strugurii, partea 2 - în curs) sunt folosite pentru a examina descendenții de încrucișări pentru compoziția lor genetică și pentru a le compara cu plantele originale. Prin crearea unei astfel de „amprente genetice”, este posibil să se determine ce plante tinere sunt potrivite pentru reproducere ulterioară. Efortul de reproducere este redus.

Reproducere inteligentă: după o încrucișare inițială, descendenții sunt selectați cu ajutorul metodelor biologice moleculare care au noua trăsătură dorită. Acestea sunt apoi încrucișate din nou până când toate proprietățile nedorite au dispărut.

Creșterea inteligentă este un „rafinament” al reproducerii asistate de markeri. Această metodă, cunoscută și sub numele de reproducere de precizie, face posibilă depistarea variațiilor genetice interesante sau utilizarea plantelor sălbatice mai specific și mai eficient decât înainte pentru reproducere.

In timp ce Înmulțirea mutației prin iradiere radioactivă sau substanțe chimice, materialul genetic este schimbat într-o manieră nedirecționată și astfel compoziția proprietății plantelor este influențată doar aleatoriu și nedirect Inginerie genetică inserția țintită a unei gene sau a câtorva gene și, astfel, proprietăți noi. Această inserție poate limita tipul (plantă transgenică), dar și în cadrul unei specii (plantă cisgenică) respectiv.

De ce avem nevoie de bănci de gene?

Asigurarea diversității proprietăților

În Banca de gene Gatersleben stocați aproximativ 145.000 de probe de semințe din culturi din întreaga lume. Numai în banca de gene există 20.000 de orz.

Deoarece reproducerea se bazează pe o selecție constantă de plante, acest lucru poate duce la o îngustare a Piscine genetice plumb în cadrul unei specii de plante. Această îngustare este deosebit de gravă dacă doar câteva tipuri au fost domesticite și utilizate pentru reproducere ulterioară la începutul utilizării unei specii de plante de către oameni.

Când crescătorii și oamenii de știință au realizat acest lucru, ei au fost Bănci genetice în care diversitatea genetică a plantelor este colectată și stocată sub formă de semințe. Datorită metodelor de reproducere noi și mai eficiente, soiurile vechi stocate sau tipurile sălbatice vor fi utilizate mai mult în viitor, iar băncile genetice vor căpăta importanță.