Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Transkript

1 Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

2 Ochrana fytogenofondu zemědělských plodin konzervační strategie, legislativa Doporučená literatura Schwanitz Vývoj kulturních rostlin. SZN, Praha. Pecharová, Hejný Botanika I. Guarino et al Collecting Plant Genetic Diversity. CAB International (IPGRI, FAO, IUCN). 748 pp. Chloupek Genetická diversita, šlechtění a semenářství. 2. vydání, Academia, Praha. Primack, Kindlmann, Jersáková Biologické principy ochrany přírody. Portál, Praha.

3 Počet užitkových rostlin během posledních dvou století Rozmanitost kulturních rostlin Rostlinná diverzita (rozmanitost) = klíčová složka jakéhokoliv zemědělského výrobního systému, dokonce jakéhokoliv ekosystému století 300 druhů polovina 20.století druhů druhů druhů druhů Výživou je lidstvo více než z 95% závislé na 30 hlavních plodinách

4 Hlavní plodiny ve výživě lidstva 1. pšenice 2. rýže 3. kukuřice 4. brambory 5. ječmen 6. batáty (Ipomoea batatas) 7. cassava (maniok) (Manihot esculenta) 8. hrozny (ovoce, víno) 9. sója 10. oves 11. čirok (Sorghum sp.) 12. cukrová třtina 13. proso (Panicum miliaceum) 14. banány 15. rajčata 16. cukrová řepa 17. žito 18. pomeranče 19. kokosový ořech 20. bavlník (semena) 21. jablka 22. yamy (Dioscorea) 23. arašídy 24. vodní melouny 25. zelí 26. cibule 27. fazole 28. hrách 29. slunečnice 30. mango

5 Centra původu plodin geografické oblasti, ve kterých došlo k odlišení (vniku odlišujících znaků) od původních druhů Primární centrum původu oblast, kde se kulturní druh oddělil od planých forem Sekundární centrum původu oblast, kde z nového druhu vznikají nebo vznikly nové formy, ale nemusejí se zde vyskytovat jeho plané formy Centra diverzity geografické oblasti, kde daný druh vykazuje vysokou genetickou variabilitu, ale nejsou místem původu dané plodiny

6 Původní druhy a variety nerostou rovnoměrně po zeměkouli, ale v určitých oblastech Území vnitrozemská, vysokohorská, náhorní roviny tropů, subtropů a mírného pásma Velké výkyvy teplot, silné ultrafialové záření Vznik samovolných mutací a hybridů Různorodé podmínky v takových územích neumožňují jednostrannou selekci na určité znaky 1) Mexiko, Guatemala; 2) Peru, Ekvádor, Bolívie; 2A) Andské oblasti Jižní Ameriky; 2B) Jižní Amerika; 3) Mediterán; 4) Blízký a Střední východ; 5) Etiopie; 6) Centrální Asie; 7) Indie; 7A) Jihovýchodní Asie; 8) Čína.

7 Koncepce GENOVÝCH POOLŮ - rozdělení druhů podle jejich křížitelnosti a botanické příbuznosti primární gene-pool (GP1): zahrnuje kulturní (krajové odrůdy a komerční kultivary), plevelné a plané formy (bez bariér křížitelnosti) v rámci daného druhu sekundární (GP2): zahrnuje druhy vzdálenější, ze kterých lze přenést geny do pěstovaných druhů, ale ne bez potíží - zisk semen hybridů, ale nelze dopěstovat F1 - pokles fertility potomstva - potomstvo výrazně podobné jednomu z rodičů terciární (GP3): zahrnuje druhy, ze kterých lze přenést geny do pěstovaných druhů speciálními postupy nebo u kterých přenos není možný - hybridi s GP1 anomální, letální nebo neplodní

8 Čím se kulturní rostliny vyznačují? Aneb atributy kulturních rostlin. Výnos Gigas charakter (mohutnost) polyploidie, mutace Hromadné klíčení semen a ztráta dormance Allometrický růst Zvýšení počtu užitečných orgánů

9 Změny chuťových a dietetických vlastností sklízeného produktu Změna reprodukční biologie Ztráta ochranných mechanických zařízení Zhoršení a ztráta přirozených rozšiřovacích zařízení Změna habitu

10 Čím se kulturní rostliny vyznačují? Příklad domestikace salátu (L. sativa L.) Genový pool L. serriola a ostatní příbuzné druhy JZ Asie Domestikace selekce proti výskytu trichomů, vysokému obsahu latexu, hořké chuti listů Selekce na pozdní vybíhání a kvetení Trichomy L. serriola Latexové skvrny L. sativa

11 Příklad domestikace salátu (L. sativa L.) L. serriola Zkrácení internodií Tvorba hlávek Zvýšení počtu semen Ztráta přirozených rozšiřovacích zařízení L. sativa

12 Konzervační strategie struktura přednášky - strategie ochrany fytogenofondu zemědělských plodin: - mezinárodní organizace - mezinárodní smlouvy - ochrana genových zdrojů v ČR - genové banky - technologie GB

13 Genový zdroj genetický materiál aktuální nebo potenciální hodnoty; geneticky, geograficky a historicky definovaný nositel určitého genofondu.

14 Ochrana fytogenofondu zemědělských plodin zahrnuje: 1. Plané druhy - wild species 2. Plané druhy příbuzné ke druhům pěstovaným - wild relatives, progenitors 3. Krajové odrůdy landraces, fenotypově nevyrovnané 4. Šlechtěné odrůdy - advanced cultivars (varietes), F1 hybrids současné i restringované 5. Šlechtitelské linie - breeding lines experimentální šlechtitelský materiál, neuznaná novošlechtění a genetické linie

15 Ochrana fytogenofondu (obecně) Ochrana fytogenofondu ex situ (položky v genofondových kolekcích) Genové banky Botanické zahrady a arboreta pěstované druhy Ochrana fytogenofondu in situ Přírodní rezervace a chráněná naleziště Chráněné krajinné celky a regiony On farm Parky Chráněné stromy

16 Konzervační strategie in situ Ochrana planých rostlin v místě jejich přirozeného výskytu. - Hlavní metoda ochrany planých druhů. ex situ Záchova genofondu v náhradních stanovištích. Využívá se především u kriticky ohrožených druhů, kterým hrozí reálné nebezpečí vyhubení. - V užším smyslu ex situ znamená vytvoření náhradní populace na stanovištích blízkých původním on farm Záchova genofondu tradičních, primitivních a tedy méně výnosných zemědělských plodin, obvykle v oblastech původu dané odrůdy. Výjimečně též pěstování ohrožených druhů zemědělsky významných planých rostlin (léčivky, pícniny). in garden Záchova genofondu odrůd okrasných rostlin či zahradnicky a sadovnicky významných ohrožených druhů v zahradách a veřejné zeleni. Poskytují nový, náhradní prostor za úbytek lokalit ve volné přírodě. in vitro Záchova genofondu rostlin pomocí laboratorních metod (in vitro - ve skle). Především zemědělské plodiny (brambory).

17 Konzervační strategie ex situ Výhody: choroby a škůdci pod kontrolou dokonalé vyzrávání dostupnost Nevýhody: nároky na pozemky a zahradnickou technologii nároky na izolátory nároky na lidskou práci

18 Ochrana fytogenofondu Instituce zabývající se ochranou fytogenofondu: Vládní instituce: výzkumné ústavy univerzity botanické zahrady a arboreta správy rezervací a chráněných oblastí Nevládní instituce (NGO): nevládní a neziskové organizace zájmová a občanská sdružení Nadnárodní instituce: FAO, IPGRI Biodiversity International mezinárodní sítě genových bank úmluvy: CITES (1973), CBC (Convetion of Biological Diversity) (1992)

19 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství the story : 1950 FAO první genobanky nutnost konzervace dosud vytvořených sbírek 60. léta 20. st. první snahy o organizaci a rozvoj mezinárodní spolupráce při jejich ochraně a využívání 1956 EUCARPIA (European Association for Research on Plant Breeding Section Genetic Resources) Evropské sdružení pro šlechtitelský výzkum 1960 EUCARPIA konference založena Genová banka EUCARPIA Vytvoření vědeckých předpokladů a systému spolupráce při konzervaci a využívání GZ; budování národních GB (mandát na konzervaci genofondů) spolupráce v rámci RVHP Vědecko-technická rada států RVHP pro kolekce planých a kulturních zdrojů rostlin 9 států (1971) koncem roku 1990 asi 800 tisíc položek včetně duplicit 1974 založena Mezinárodní rada pro genetické zdroje rostlin (IBPGR International Board for Plant Genetic Resources) Nástupnická organizace IPGRI = Mezinárodní ústav pro rostlinné genetické zdroje v Římě = měl statut jednoho z center Poradní skupiny pro mezinár. zemědělský výzkum CGIAR = od roku 2006 Biodiversity International Pro Evropu má mimořádný význam regionální program ECP/GR (zal. 1980) (European Cooperative Programme for Crop Genetic Resources Networks) 1983 Československo započetí spolupráce s ECP/GR 1983 Na konferenci FAO byl ustavena Komise pro genetické zdroje rostlin (CPGR), po přijetí Úmluvy o biologické rozmanitosti přejmenována na Komisi pro genetické zdroje rostlin pro výživu a zemědělství (CPGRFA) Rezoluce č. 8/83 International Undertaking on Plant Genetic Resources připravena FAO, ratifikovala ji většina států; platforma pro mezinár. spolupráci, konzervaci, dokumentaci, studium a využívání GZ rostlin až do r Mezinárodní smlouva o genetických zdrojích rostlin pro výživu a zemědělství

20 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations, Organizace pro výživu a zemědělství činnost zahájila 1945, mezivládní organizace se sídlem v Římě zlepšení výroby, výměny a rozdělování produktů zemědělství, lesního hospodářství a rybolovu ochrana přírodních zdrojů poskytování technické pomoci monitoruje rozvoj zemědělství ve světě, zvl. problémové oblasti třetího světa, boj proti hladu podporuje organizace na ochranu genofondu

21 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: EUCARPIA European Association for Research on Plant Breeding Evropské sdružení pro šlechtitelský výzkum Zajišťuje systém spolupráce při konzervaci a využívání GZ Propojuje výzkum, šlechtění, genobanky budování národních GB (mandát na konzervaci genofondů)

22 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: CGIAR Consultative Group on International Agricultural Research založena v roce 1971 řídí a ovlivňuje zemědělský výzkum organizuje síť výzkumných zemědělských center ve světě snaha o zvýšení produktivity tropického zemědělství systémy hospodaření šetrné k životnímu prostředí

23 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: IPGRI International Plant Genetic Resources Institute, Mezinárodní ústav pro GZ rostlin (Roma, Italy) Od r. 2006: Biodiversity International péče o rostlinné genové zdroje péče o genofond zemědělských plodin koordinace gen. bank Evropy, také Afriky, Asie, Austrálie využití genetické variability rostlin k trvale udržitelnému zemědělství a lesnictví výživa, prosperita a zlepšení zdravotního stavu obyvatelstva spolupráce s FAO a CBD správa mezinárodních databází zemědělských plodin

24 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: ECP/GR European Cooperative Programme for Crop Genetic Resources Networks program evropské spolupráce týkající se genových zdrojů koordinován IBPGR IPGRI podpora in situ a ex situ kolekcí, zvyšování využití genových zdrojů rostlin v Evropě plánování společných aktivit a posilování spolupráce v Evropě podpora veřejného povědomí o využívání a ochraně GZ rostlin Zájmové skupiny: obiloviny; pícniny; plody; cukrové, škrobnaté a vláknodárné plodiny; zeleniny, aromatické a kořeninové rostliny; dokumentace a informace; in situ a on farm konzervace, spolupráce Pracovní skupiny: Avena, Barley, Wheat, Malus, Prunus, Vitis, Allium, Brassica, Cucurbita, Solanaceae, Umbelliferae, Leafy Vegetables

25 Mezinárodní organizace Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: IUCN International Union for Conservation of Nature, Mezinárodní organizace pro ochranu přírody národní červené knihy vzácných a ohrožených druhů: EX extinct (vyhubený), E endangered (ohrožený) přežití málo pravděpodobné, V vurnerable (zranitelné), R rare (vzácné) existuje riziko ohrožení, I indeterminate (neurčité) nemáme dostatek informací, nt ani vzácné ani ohrožené CITES Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora, - chrana mezinárodního obchodu s planou faunou a florou BGCI Botanic Gardens Conservation International, Richmond, Anglie, - koordinace ochranářských projektů bot. zahrad WCMC World Conservation Monitoring Centre Cambridge, UK, - elektronické databáze s více než druhy, - shromažďuje údaje o rezervacích, pečuje o počítačovou Biodiversity Map Library na bázi GIS, která umožňuje mapovat rozšíření rostlin a rezervací

26 Mezinárodní smlouvy Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: ITPGRFA Mezinárodní smlouva o genetických zdrojích rostlin pro výživu a zemědělství (International Treaty of Plant Genetic Resources for Food and Agriculture) Přijata v r v rámci FAO, v platnost vstoupila v r 2004 Cílem smlouvy: ochrana a udržitelné využívání GZ pro zabezpečení výživy udržitelný rozvoj zemědělství spravedlivé rozdělování přínosů zahrnuje všechny GZ pro výživu, ale systém přístupu a rozdělování přínosů je omezen na 64 zemědělských plodin a pícnin uvedených v příloze smlouvy červen 2006 navazující Standartní dohoda o poskytování GZ (SMTA) Před přijetím obou smluv (CBD+ITPGRFA) byly GZ považovány za celosvětové dědictví Přijetím smluv bylo potvrzeno suverénní právo států na přírodní zdroje nacházející se na jejich území a pravomoc úředních orgánů rozhodovat o přístupu k nim

27 Mezinárodní smlouvy Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: CBD Úmluva o biologické rozmanitosti (Convention on Biological Diversity) Rozmanitost druhů a jejich prostředí je chápána jako rozmanitost planých druhů, ale i pěstovaných odrůd a kultivarů Přijata v r 1992 na Konferenci OSN o životním prostředí a rozvoji v Rio de Janeiru Vstoupila v platnost v prosinci 2003 Už v r byl přijat k úmluvě Cartagenský protokol o biologické bezpečnosti platnost od ČR je smluvní stranou již od opatření pro přeshraniční pohyb živých GMO - postupy pro mezistátní pohyb GMO, které jsou záměrně uváděny do prostředí a které jsou zamýšleny pro přímé využití jako potraviny či krmiva či pro další zpracování

28 Mezinárodní smlouvy Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: CBD Úmluva o biologické rozmanitosti podrobněji Jeden ze stěžejních cílů: Přístup ke GZ a spravedlivé rozdělování přínosů z nich Toto definuje především čl. 15, dále čl. 16, 19 a čl. 8 tradiční znalosti a praktiky domorodých obyvatel a lokálních komunit: smluvní strany vyzývá k respektování a zachování znalostí a dovedností původních obyvatel, včetně tradičního životního stylu respektujícího přírodu a udržitelné využívání biologických zdrojů ve většině států Evropy zachování tradičních znalostí a postupů velmi úzce svázaných s přírodou (lesnictví, zemědělství) Čl. 15 definuje základní pojmy související s využívání GZ: předběžný souhlas (Prior Informed Consent, PIC) vzájemně dohodnuté podmínky (Mutually Agreed Terms, MAT) rozdělování přínosů (většinou ve spojení přístup a Access and Benefit Sharing, ABS)

29 Mezinárodní smlouvy Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: CBD Úmluva o biologické rozmanitosti podrobněji Čl. 15, předběžný souhlas (Prior Informed Consent, PIC) Právnická terminologie Člověk má právo, pokud je vystaven určitému riziku, být informován o možných důsledcích, aby se mohl rozhodnout, zda dané riziko podstoupí nebo ne. GZ: Pokud daná země poskytuje GZ, tak kompetentní orgány musí být informovány o jejich způsobu využití. Legislativa státu pak může určit další instituce, které se k žádosti vyjádří.

30 Mezinárodní smlouvy Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: CBD Úmluva o biologické rozmanitosti podrobněji Čl. 15 vzájemně dohodnuté podmínky (Mutually Agreed Terms, MAT) Pravidla mezi poskytovatelem a uživatelem GZ tj. podmínky přístupu ke GZ a udělení práva na jejich využití Čl. 15 Princip spravedlivého a rovného rozdělování přínosů (ABS) Zaručuje, že poskytovatel (země původu GZ) se bude podílet na přínosech z nich finančně, nebo ziskem nové technologie, vzdělávání odborníků, vědeckou spoluprací (záleží na dohodě)

31 Mezinárodní smlouvy Oblast GZ rostlin významných pro výživu a zemědělství: Konference smluvních stran Úmluvy v r přijala tzv. Bonnskou směrnici (Bonn Guidelines, přijata 2002) Definuje základní pojmy a dává doporučení k řešení záležitostí na úrovni jednotlivých států. Významná pomůcka pro objasnění pojmů a cílů souvisejících s ochranou a využíváním GZ Nejedná se o právně závazný dokument

32 Genetické zdroje ČR opatření na jejich ochranu a využívání V ČR spadá ochrana GZ do několika resortů: MŽP ochrana přírodních biotopů MZ uchovávání GZ kulturních rostlin významných pro výživu a zemědělství, dále pro lesnictví a pro jejich šlechtění MŠMT vybrané sbírky užitkových a okrasných rostlin AV ČR správa sbírek pro výzkumné účely..zájmy resortů se překrývají = dohody o spolupráci a financování Politické dokumenty: Státní program ochrany přírody a krajiny ČR (červen 1998) Státní lesnická politika Státní politika životního prostředí Červené seznamy Strategie ochrany biologické rozmanitosti

33 Genetické zdroje ČR opatření na jejich ochranu a využívání Genetické zdroje ex situ Specializované sbírky a genové banky Botanické a zoologické zahrady Probíhající záchranné programy Stanice pro handicapované živočichy

34 Genetické zdroje ČR opatření na jejich ochranu a využívání Uchovávání GZ pro zemědělství je v ČR zajišťováno prostřednictvím programu: Národní program konzervace a využívání GZ rostlin, zvířat a mikroorganismů významných pro výživu a zemědělství byl přijat 2011 MZe ČR pro léta jako společná platforma pro konzervaci a využívání genetických zdrojů a sdružuje 3 samostatné Národní programy

35 Genetické zdroje ČR Národní program. Národní program je vytvořen z těchto podprogramů: Dle zákona č. 148/2003 Sb., o konzervaci a využívání genetických zdrojů rostlin a mikroorganismů významných pro výživu a zemědělství a o změně zákona č. 368/1992 Sb., o správních poplatcích ve znění pozdějších předpisů (zákon o genetických zdrojích rostlin a mikroorganismů): 1. Národní program konzervace a využívání genetických zdrojů rostlin a agro-biodiversity (dále jen Národní program rostlin ) Pověřená osoba: Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 6, Ruzyně Koordinátor NP GZR: Ing. Ladislav Dotlačil, CSc. 2. Národní program konzervace a využívání genetických zdrojů mikroorganismů a drobných živočichů hospodářského významu (dále jen Národní program mikroorganismů ) Pověřená osoba: Výzkumný ústav rostlinné výroby, Praha 6 Ruzyně Dle zákona 154/2000 Sb., o šlechtění, plemenitbě a evidenci hospodářských zvířat a o změně některých souvisejících zákonů (plemenářský zákon), ve znění pozdějších předpisů: 3. Národní program ochrany a využití genetických zdrojů hospodářských zvířat a dalších živočichů využívaných pro výživu a zemědělství (dále jen Národní program zvířat ) Pověřená osoba: Výzkumný ústav živočišné výroby, Praha 14 - Uhříněves

36 Genetické zdroje ČR Národní program. Spolupracující instituce zajišťují: Sběr Shromažďování Dokumentaci Charakterizaci Základní hodnocení Dlouhodobé uchovávání Využívání rostlinných GZ pro potřeby výživy a zemědělství Poskytují služby uživatelům Zabezpečení plnění mezinárodních závazků vyplývajících pro resort zemědělství z Úmluvy o biologické rozmanitosti (CBD) a Mezinárodní smlouvy o GZ rostlin pro výživu a zemědělství (ITPGRFA)

37 Genetické zdroje ČR Národní program. ÚČEL organizační a věcné zabezpečení uchování a setrvalého využívání genetických zdrojů rostlin, zvířat a mikroorganismů významných pro výživu a zemědělství, které se nacházejí na území ČR STRUKTURA Rada Národního programu složená z předsedů všech Rad genetických zdrojů pověřených osob, určené osoby a zástupců MZE. Národní program se skládá z podprogramů (3), které se řídí všeobecnými i specifickými ustanoveními ustanoveními. MZE pověřuje vybrané, jím zřízené organizace tj. pověřenou osobu", resp. určenou osobu koordinační činností

38 Genetické zdroje v ČR Národní program rostlin Rada genetických zdrojů rostlin (RGZ) - poradní orgán NP GZR: Předseda RGZ, koordinátor NP: Ing. Ladislav DOTLAČIL,CSc. RGZ má cca 50 členů z různých institucí působících v ČR RGZ je odborným konzultačním a poradním orgánem Pověřené osoby a účastníků Národního programu konzervace a využívání genetických zdrojů rostlin a agrobiodiversity. RGZ plní rovněž funkci expertní skupiny pro potřeby MZe a pro potřeby Českého výboru pro spolupráci s FAO; vyjadřuje se ke spolupráci s mezinárodními organizacemi (zejména FAO a IPGRI) a k mezinárodní spolupráci účastníků NP Stanoviska RGZ mají charakter doporučení

39 Genetické zdroje ČR Národní program rostlin

40 Genetické zdroje ČR Národní program rostlin Sortiment genofondu kulturních rostlin v České republice VÚRV Praha-Ruzyně Obiloviny včetně kukuřice, alternativní obilniny Mezinárodní kolekce slunečnice ECP/GR Evropská databáze pšenice (EWDB) Genová banka VÚRV v Olomouci Zeleniny; kořeninové, aromatické a léčivé rostliny Mezinárodní kolekce česneku (Allium sp.) Výzkumná stanice vinařská Karlštejn Polní GB - réva vinná Zemědělský VÚ Kroměříž Jarní ječmen, oves, žito, pracovní kolekce pšenice Agritec Šumperk Luskoviny, len a další technické plodiny Mezinárodní databáze lnu (ESCORENA) Výzkumná stanice travinářská Zubří Trávy včetně planých ekotypů, ECP/GR Evropská databáze - Trisetum flavescens, Arrhenatherum elatius

41 Genetické zdroje ČR Národní program rostlin Sortiment genofondu kulturních rostlin v České republice VÚ olejnin Opava Řepka, hořčice, mák VÚ ovocných dřevin Holovousy Ovocné dřeviny a další drobné bobulovité ovoce MZLU-ZF Lednice Meruňky, broskve, mandloně, réva vinná VÚ bramborářský Havlíčků Brod Brambor včetně planých a příbuzných druhů) - in vitro kolekce bramboru VÚ pícninářský Troubsko Pícniny včetně perspektivních planých druhů - mimo trav Chmelařský institut Žatec Chmel, polní kolekce chmele VÚ okrasného zahradnictví Průhonice Okrasné rostliny, in vitro kolekce Rhododendronu Vinařská stanice Znojmo Réva vinná, polní kolekce

42 Genetické zdroje ČR Národní program rostlin Databáze na serveru VÚRV: ECP/GR European Wheat Database (EWDB)- Evropská databáze pšenice ( ECP/GR European Arrhenatherum and Trisetum Database - Evropská databáze ovsíku a trojštětu ( Webová stránka Národního programu - Důležité dokumenty a (odkazy

43 Databáze EVIGEZ = evidence genových zdrojů

44 Databáze EVIGEZ = evidence genových zdrojů

45 Databáze EVIGEZ = evidence genových zdrojů

46 Databáze EVIGEZ = evidence genových zdrojů

47 Technologie genových bank - databáze

48 Genové banky Označení genových zdrojů se řídí národním evidenčním číslem (ECN) ve tvaru 99X řešitelské pracoviště skupina plodin druh plodiny genový zdroj v rámci druhové kolekce Př: Lactuca serriola 09H = kód pracoviště VURV Olomouc H58 = H skupina plodin zelenina 58 plané druhy Lactuca spp. např. H57 = pouze Lactuca sativa = pořadové číslo položky v kolekci

49 Genové banky instituce, kde se dlouhodobě uchovávají genofondové kolekce užitkových rostlin, planých druhů příbuzných (progenitorů) kulturních plodin, ohrožených druhů rostlin, pilotních (kosterních) druhů rostlinných společenstev. Celosvětově 1300 G bank, 6,1 milionu položek (1/2 duplicity) Nejvýznamější Evropské banky: CGN Center for Genetic Resources, The Netherlands HRI Hoticultural Research International, Wellesbourne, UK Nordic Gene Bank Malmő VIR Všesvazový Institut rostlinné výroby Petrohrad

50 Genové banky Stav v ČR v roce 2012: položek 18,6% vegetativně udržovaných 81,4% generativně udržovaných 4 ústavy s funkcí kryobanky 302 položek z toho 113 položek česneku další: vinná réva, ovocné dřeviny

51 Genové banky Genetický zdroj je genetický materiál aktuální nebo potenciální hodnoty. Je to geneticky, geograficky a historicky definovaný nositel určitého genofondu. Nové GZ: bezpl. výměnou, nákupem, sběrem Zájemcům se poskytuje vzorek obsahující: semen u velkosemenných druhů semen (5-10 g) u středních (obilniny), 2-5 g u drobnosemenných O distribuci vzorků se vede evidence a vzorky se poskytují z aktivní kolekce (viz dál).

52 Technologie genových bank - kolekce GZ Typy kolekcí: základní (basic collection) základní archiv semen dlouhodobě uchovávaný pro příští generace genet. variabilita zájmového druhu, planých příbuzných druhů, krajových odrůd, kultivarů položky nejsou určeny k volné distribuci přesevy až po ztrátě klíčivosti aktivní (active collection) okamžitá přístupnost ke vzorkům, slouží k distribuci vzorku, data získaná v rámci řešení určitého úkolu se vracejí do evaluační databáze pracovní (working collection) (např. universita rod Lactuca), pro specielní účely, výzkum jaderná (core collection) zahrnuje vzorky, které jsou nositeli charakteristických znaků dané plodiny kolekce celé variabilita plodiny na co nejmenším množství položek odvozuje se od základní kolekce (70-80% variability v 10-20% položkách) bezpečnostní duplikace záložní kolekce Genetické zdroje domácího původu jsou dále uloženy jako bezpečnostní duplikace ve Slovenské genové bance v Piešťanech. nedostatky kolekcí neúplnost (incompletness) a nadbytečnost (redundancy)

53 Verfication of taxonomic status of Lactuca spp. accesions from official germplasm collections Taxonomic status of a set of 95 Lactuca spp. accessions representing 12 species received from six main world gene banks (Czech Republic, Germany, the Netherlands, the UK, the USA) ) taxonomic status declared by passport data confirmed for 35 accs. 2) taxonomic status of 15 accs. of L. serriola completed by determination of a lower taxonomic unit (f. serriola, f. integrifolia) 3) taxonomic status of 31 accs. re-determined 4) 14 acc. represented by mixtures of L. serriola forms, different Lactuca species or Lactuca interspecific hybrids

54 Technologie genových bank - databáze průvodní, pasportní databáze Zhotovuje ji sběratel (collector), základní data o všech položkách (accessions): a) označení vzorku b) identifikace vzorku c) informace o sběru d) informace o místě sběru popisná, deskripční správce kolekce (curator), povinná, deskriptory - soubory znaků a jejich variant hodnocených u určité zemědělské plodiny (druhu), morfologické, fenologické charakteristiky, odolnost vůči abiotickým a biotickým faktorům, znaky vyjádřeny numericky doplňková - evaluační nepovinná, testy rezistence vůči patogenům, isoenzymové analýzy, mapování DNA, poskytnutí výsledků GB, z nichž položky pocházejí

55 Průvodní (pasportní) databáze 1) Označení vzorku Identifikační označení expedice, resp. jiné sběrové aktivity, název instituce Jméno sběratele Sběrové číslo vzorku Datum sběru Typ materiálu (semena, hlízy, prýty, ) 2) Identifikace vzorku Rod, druh, podruh, botanická varieta Místní název (jazyk) Číslo paralelní herbářové položky Identifikační čísla jiných paralelních vzorků Stav vzorku 3) Informace o sběru Počet odebraných jedinců Metoda sběru Zdroj sběru (jméno a adresa dárce, jméno lokality) 4) Informace o místě sběru Země Administrativní jednotka (okres, oblast, ) Přesné označení lokality (sklon, půdní, vlhkostní a vegetační charakteristiky) Zeměpisné údaje (délka, šířka, nadmořská výška) Zvláštní okolnosti sběru (pastevní zátěž, osídlení, biotické a abiotické faktory)

56 Příklad sběrového protokolu pro projekt GENE-MINE ( )

57 Příklad morfologického deskriptoru pro plané druhy rodu Lactuca L.

58 Technologie genových bank vstupní úprava vzorků 1. přítomnost patogenů a škůdců (zvl. u vegetativního materiálu) opatření pro dezinfekci a úpravu vzorků codes for safety movement (SRS povolení pro celnici při transportu vzorků do jiných zemí) 2. Čištění odstranění úlomků pletiv, které drží vlhkost a zárodky patogenů, prachu a kamínků (zapaření a ztráta klíčivosti) 3. Vysušení osiva šetrné, semena se suší ve dvou fázích: předsušení při 20 C na 8-10% vlhkosti dosušení při teplotě do 25 C na 4-8% vlhkost Komorové sušárny (cirkulace vymraženého vzduchu), popř. pomocí silikagelu v lednicích Nejvíce vody - škrobnatá semena (obilniny), méně semena bohatá na proteiny (luskoviny a jeteloviny) a nejméně olejnatá (řepka).

59 Technologie genových bank Klíčivost a vitalita semen Klíčivost Přirozená délka života semen = doba, po kterou si morfologicky zralé semeno za normálních přirozených podmínek udržuje životnost, je fixována geneticky a je ovlivňována podmínkami prostředí je schopnost semen vyklíčit za vhodných podmínek hodnotí se podle podílu semen poskytujících životaschopné rostliny, tj. bez abnormálních klíčenců stanoví se při 20 C ve dvou termínech (2 x 100 semen, 1 x 50 semen) ztráta klíčivosti je spojená se spotřebou rezervních látek zárodkem Sledování životaschopnosti semen pokud nepoklesne klíčivost pod 85% není nutné danou položku přesévat dle Internatioal Board for Plant Genetic Resources (IBPGR)

60 Technologie genových bank Klíčivost a vitalita semen Klíčivost je vlivněna: kvalitou osiva dané geneticky, rozdíly mezi odrůdami, vliv endospermu v semeni výživou ta ale spíše ovlivňuje výnos; proteiny v obilkách - výhoda pro počáteční vývoj klíčence, vysoký obsah dusíkatých látek může vést k inhibici klíčení teplotou nízké T neumožňují vyzrávání, vysoké T příčina prodýchávání zásobních látek vlhkost půdy suché počasí v době dozrávání zvyšuje kvalitu semen, snižuje napadení patogenními houbami mechanickým poškozením během sklizně a posklizňovými úpravami nesprávným sušením (vysoká teplota a dlouhá doba) rychle se sníží vlhkost a semena např. luskovin mohou popraskat posklizňovým uskladněním nízký obsah vody v semenech, nízká teplota a nízký obsah kyslíku výrazně klíčivost prodlužují

61 Technologie genových bank Klíčivost a vitalita semen Dormance je neschopnost semen vyklíčit za optimálních podmínek při zkouškách klíčivosti taková semena bobtnají, ale neklíčí a neplesniví. nepropust povrchové vrstvy pro příjem vody, výměnu plynů a pro růst embrya chemickou inhibicí nebo bariérou pro příjem světla Odstranění: podle biologie daného druhu chladem vyhnitím semenného obalu ožehnutím plamenem (savanové druhy) klíčení ve tmě chlornan sodný (SAVO) neředěný nebo 5%, kyselina sírová dezinfikuje a má oxidační vlastnosti, odstraňuje z testy zábranné látky, musí se dobře vyprat, doba použití - sekundy až minuty, kyselina giberelová cytokinin (růstový hormon)

62 Technologie genových bank Klíčivost a vitalita semen Vitalita klíčivost kvalitu osiva charakterizuje nedostatečně testy vitality zavedeny asi v 80. letech organizací ISTA (International Seed Testing Association - koordinace práce genových bank, manuály pro práci se semeny) Vitalita je potenciál semene pro rychlé a uniformní vzcházení a pro vývoj normálního semenáčku za širokého spektra polních podmínek (mohou být suboptimální pro klíčení = nemůžeme považovat standardní testy klíčivosti za směrodatný ukazatel polní vzcházivosti) Klíčivost je vlastnost biologická a představuje maximum dosažitelného Vitalita více odráží technologickou realitu Nejvyšší vitalitu mají semena v období fyziologické zralosti.

63 Technologie genových bank Klíčivost a vitalita semen Vitalita jak se testuje - elektrická vodivost výluhu zkoušených semen (hrách, sója). - růst semenáčků za přítomnosti stresu, řízené urychlené stárnutí za vlhka a tepla (je spojeno se zvýšením koncentrace aminokyselin a cukrů v semenech). - biochemickými testy: tetrazoliový test, respirace, stanovení obsahu ATP Tetrazoliový test Bezbarvý trifenyltetrazoliumchlorid nebo bromid se v živém rostlinném pletivu redukuje na červený, stabilní a do jiných pletiv nepronikající trifenylformazan. Odumřelá pletiva zůstanou bezbarvá. Embrya se pak rozdělují na klíčivá neklíčivá podle podílu a lokalizace nekrotických pletiv. Podle ISTA jde o oficiální test pro 30 zemědělských a zahradních plodin a pro 26 druhů stromů a keřů. Nízká vitalita je následkem předčasné sklizně nevyzrálých semen, opožděné sklizně (za deštivého počasí), nevhodných pěstebních podmínek, mechanického poškození při sklizni, čištění a sušení, napadení patogeny, stárnutí semen (při špatných skladovacích podmínkách). Osivo s nízkou vitalitou je příčinou nevyrovnaného porostu, růstu a zrání.

64 Technologie genových bank Balení a adjustace vzorků Balení nesmí poškodit vitalitu semen Každý obal musí být předepsaným způsobem adjustován, opatřen vhodným uzávěrem proti znehodnocení osiva a předepsanými údaji (firma, druh, odrůda, číslo partie, rok sklizně,...) Použití vhodných obalů a značení pro technologie dlouhodobého uchovávání 1) papírové obaly velmi špatné, nehodí se 2) laminované (nejsou zcela bezpečné, odpařuje se voda) vhodné vzhledem k využití prostoru 3) hermetické (plechové konzervy a sklenice s Twist-Of uzávěry)

65 Technologie genových bank Techniky dlouhodobého uchovávání Eberhart et al Strategies for long-term management of germplasm collections In: Falk, Holsinger (eds.) Genetic and conservation of rare plants. Oxford University Press. New York- Oxford Skladování semen..standardní teplota 20 C. - vysušená, zabalená a označená semena - pracovní (aktivní) kolekce - dlouhodobé skladování při teplotě 0 až 5 C - základní 5 až 20 C - velikost skladovaných položek: - samosprašné druhy 6-8 tisíc semen - cizosprašné druhy tisíc semen - Druhy s velkými semeny - u samosprašných 3-4 tisíce - u cizosprašných 4-5 tisíce semen

66 Technologie genových bank Techniky dlouhodobého uchovávání Semena rozdělujeme do dvou skupin: Ortodoxní snášejí vysušení na 5-10% obsahu vlhkosti, aniž ztrácejí vitalitu uskladňují se při 20 C většina zemědělských plodin obilniny, proso, luskoviny, olejniny a zeleniny, (kromě plodin trop. pásma) Př.: obilky ječmene ztratí pouhých 5% klíčivosti za 3000 let pokud jsou skladovány při 20 C a 5% vlhkosti Testují se ultrasuchá semena 3,5% vlhkosti u rostlin s ortodox. semeny Rekalcitrantní Vysušení pouze na 12-30% vlhkosti (= často mikrobiální kontaminace) Citlivost na chlad uchování: pouze týdny měsíce = lepší uchování ve vegetativních kolekcích Př. ekonomicky významné rostliny pěstované na plantážích: kokosový ořech, kakaovník, mango, muškátový ořech, kaučukovník a semena některých stromů kaštan, dub, buk, ořešák

67

68 Technologie genových bank Techniky dlouhodobého uchovávání Další techniky dlouhodobého uchování Klonální prezervace v polních kolekcích GB - vegetativně množené druhy a druhy s neortodoxními semeny - nevýhoda: prostor, choroby, škůdci, prořezávání..živelné pohromy In vitro prezervace meristémy z kořenových špiček, pupenů, množí se dělením Uchovávání pylu užitečné pro rostliny, které nemají ortodoxní semena, vysušení a uchovávání pylu při nízkých teplotách nebo uchování pylu pro opylování v jinou dobu, než je doba kvetení Knihovny DNA kdy se evidují sekvence DNA, avšak takto se neuchovává genetická diverzita, - neuchovává se materiální základ genetické diverzity, ale její popis

69 Technologie genových bank Techniky dlouhodobého uchovávání Další techniky dlouhodobého uchování Kryoprezervace meristémy z kořen. špiček, pupenů, - metoda šetřící prostor - uchovávání v podmínkách tekutého dusíku ( 196 C) zastaven metabolismus semen - vegetativně množené druhy (brambor) - mikrooganismy, semena, pylová a somatická embrya, prašníky a pyl - doba uchování: měsíce roky - při přechodu na nízkou teplotu aplikace kryoprotektantu (dimethylsulfoxid) do média, řízené snižování teploty - Při tání vzorků se musí použít kryoprotektiva - směs glycerolu, sacharózy a dimethylsulfoxidu směs se musí vymýt

70