Konzervační strategie

Transkript

1 Konzervační strategie In-situ -péče o fytogenofond v místě jeho vzniku on farm -pěstovánía distribuce krajových forem, biologicky čistéprodukty Ex-situ -vzorky se uchovávají jinde, nežjsou domovem Genovébanky, botanickézahrady a arboreta Výhody: choroby a škůdci pod kontrolou dokonalévyzrávání dostupnost Nevýhody: nároky na pozemky a zahradnickou technologii nároky na izolátory nároky na lidskou práci

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

3 Technologie genetických bank Databáze Vstupní úprava vzorků Vitalita semen Balení a adjustace vzorků Techniky dlouhodobého uložení semen Typy kolekcí: základní, aktivní, pracovní, jaderná ( core ) Dlouhodobéuchovávání pylu Periodickéregenerace

4 Typy databází průvodní, pasportní databáze sběratel (collector), položka (accession), 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 abiotickýma biotickým faktorům, znaky vyjádřeny numericky doplňková -evaluační nepovinná, testy rezistence vůči patogenům, isoenzymové analýzy, mapování DNA, poskytnutí výsledků GB, z nichž položky pocházejí

5 Průvodní (pasportní) databáze 1) Označenívzorku Identifikačníoznačeníexpedice, 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 Místnínázev (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 Administrativníjednotka (okres, oblast, ) Přesné označenílokality (sklon, půdní, vlhkostnía vegetačnícharakteristiky) Zeměpisné údaje (délka, šířka, nadmořská výška) Zvláštní okolnosti sběru (pastevní zátěž, osídlení, biotické a abiotickéfaktory)

6 Příklad sběrového protokolu pro projekt GENE- MINE ( )

7 Příklad morfologického deskriptoru pro plané druhy rodu Lactuca L.

8 Basic morphological descriptors for genetic resources of wild Lactuca spp. Doležalová et al Plant Genetic Resources Newsletter 134: 1-9. Descriptor list is: Descriptor list for genetic resources of wild Lactuca spp. contains 28 desriptors (12 descriptors elucidated by figures) serves for a description of morphological features (25 descriptors) biological features (developmental stages, resistance) (3 descriptors) Each descriptor has number followed by letter S (species discrimination) letter I (infraspecific variation) asterisk (when highly discriminating) name state with codes of 1-9 and 99 (IPGRI) explanation (when needed) note (when needed) clear, simple, instructive for all curators of wild Lactuca collections suitable for all wild Lactuca species kept by world gene banks (large scale of descriptor states) easily transferable to PC softwares (part of genetic resources database) Descriptor list provides a tool for: basic morphological description of genetic resources of all wild Lactuca species species discrimination definition of the infraspecific variation detection of morphological duplicates within collections

9 Vstupní úprava vzorků zjištění přítomnosti patogenů a škůdců (zvl. u vegetativního materiálu) opatření pro dezinfekci a úpravu vzorků -codesfor safety movement čištění vysušeníosiva -šetrné, dvoufázové, předsušení při teplotě 20 C na 8-10% vlhkost, dosušení při teplotě do 25 C na 4-8% vlhkost

10 Klíčivost a vitalita semen klíčivost -podíl semen poskytujících životaschopné rostliny, tj. bez abnormálních klíčenců, stanoví se při 20 C ve dvou termínech (2 x 100 semen, 1 x 50 semen) je ovlivněna: kvalitou osiva výživou teplotou vlhkost půdy mechanickým poškozením nesprávným sušením posklizňovým uskladněním dormance -neschopnost klíčivých semen klíčit za optimálních vlhkostních a tepelných podmínek, a za dostatku kyslíku jednorázové přesevy, zabránění genetické erozi sledování životaschopnosti semen: 10 let interval pokud klíčivost nepoklesne pod 85% současné klíčivosti - InternatioalBoard for Plant Genetic Resources (IBPGR)

11 Klíčivost a vitalita semen vitalita je potenciál semene pro rychlé a uniformní vzcházení a pro vývoj normálního semenáčku za širokého spektra polních podmínek je snižována fyziologickým stárnutím (deteriorace), mechanickým poškozením příčinou ztráty vitality je degradace buněčných membrán biochemickými změnami i mechanickým poškozením testuje se: podle elektrické vodivosti výluhu ze zkoušených semen (hrách, sója) růst semenáčků za přítomnosti stresu, řízené urychlené stárnutí za vlhka a tepla biochemickými testy: tetrazoliový test (vitální barvení embryí trifenyltetrazoliumchloridem), respirace, stanovení obsahu ATP ISTA vyvíjí, přizpůsobuje a publikuje standardní procedury pro vzorkování osiv a jejich zkoušení, podporuje jejich jednotné používání v mezinárodním obchodu

12 Balení a adjustace vzorků použití vhodných obalů a značení pro technologie dlouhodobého uchovávání papírové(nevhodné), aluminiové, laminovésáčky (prostorovéhledisko), hermetickéobaly (plechové konzervy, sklenice s Twist-Offuzávěry) adjustace -předepsanéúdaje (firma, druh, odrůda, číslo partie, rok sklizně,...)

13 Techniky dlouhodobého uchovávání Skladování semen pracovní (aktivní) kolekce při teplotě 0 až 5 C, základní kolekce při teplotě 5 až 20 C samosprašné druhy 6-8 tisíc semen cizosprašné druhy tisíc semen druhy s velmi drobnými semeny - minimálníhmotnost vzorku g

14 Techniky dlouhodobého uchovávání semena ortodoxní - snášejí vysušení na 5-10% obsahu vlhkosti, anižztrácejíklíčivost, -20 C, většina zemědělských plodin, výjimka plodiny trop. pásma semena rekalcitrantní - ztrácejí klíčivost po vysušení na 12-30% vlhkosti, citlivost na chlad, problémy spojené skontaminací mikroby, poškození endospermu; ekonomicky významné -kokosový ořech, kakaovník, mango, muškátový ořech, kaučukovník, tropickédřeviny, kaštan, dub, buk, ořešák ultrasuchá semena -3,5% vlhkosti, skladování při pokojovéteplotě

15 Techniky dlouhodobého uchovávání druhů s rekalcitrantními semeny klonální prezervace - vpolních podmínkách, skleníky (prostorové hledisko, náklady spojené sprořezáváním, kontrolou plevelů, chorob a škůdců), materiál náchylný na škody a živelné pohromy in vitro prezervace - meristémy z kořenových špiček, pupenů, množí se dělením, uchovávání C při světle nebo 3+12 C při světle nebo bez, kultury musí pocházet z axilárních pupenů ne z adventivních (vyvarovat se somaklonální variability) kryoprezervace - meristémy z kořen. špiček, pupenů, metoda šetřící prostor, uchovávání vpodmínkách tekutého dusíku, aplikace kryoprotektantu (dimethylsulfoxid) do média, řízené snižování teploty, pro mikrooganismy, semena, embrya, několik měsíců, let uchovávání pylu -užitečné pro rostliny, které nemají ortodoxní semena, vysušení a uchovávání při nízkých teplotách knihovny DNA uchovává se pouze popis genetické diverzity

16 Typy kolekcí základní (basic collection) -zachování genetické diversity, základní archiv semen (2000), přesevy až po ztrátě klíčivosti, paralelní kolekce - testy klíčivosti aktivní (active collection) - přístupnost vzorků, slouží kdistribuci vzorku, data získaná vrámci 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 nositelé charakteristických znaků dané plodiny (celá variabilita plodiny) bezpečnostní duplikace záložní kolekce vegetativní (polní) kolekce

17 Department ofbotany, Palacký University, Olomouc, Czech Republic The Palacký University working collection ofthe genus Lactuca A. Lebeda, I. Doležalová andd. Vondráková

18 Theworking Lactuca collection contains of 557 germplasmaccessions of 20 species fromeurope, Asia, Africa, North America, hybrids of L. serriola x L. sativa and also undetermined Lactuca spp. includes 1381 seed samples conserves a differentialset for lettuce downy mildew (B. lactucae) with nearly of 60 L. sativa, L. serriola and L. saligna accessions (genotypes) primarily established for phytopathological research and research activities of students recently conserves biodiversityfor the study of inter- and intraspecific variability, taxonomy, ecobiology, phylogenetic and evolutionary relationships of wild Lactuca spp.

19 Theworking Lactuca collection (list of accessions) Taxon No. of accessions No. of seedsamples L. aculeata Boiss. 3 L. altaica Fisch. etc.a. Mey. 1 L. biennis (Moench) Fernald 1 L. capensis Thunb. 1 L. canadensis L L. dregeana DC. 4 L. floridana 1 L. indica L. 3 L. ludoviciana 1 L. perennis L. 1 3 L. quercina 24 L. saligna L L. sativa L. 53 L. serriola L L. serriola x L. sativa 3 L. sibirica 1 L. taraxacifolia Schum. etthonn. 1 L. tatarica C.A. Mey. 1 L. tenerrima Pourr. 1 L. viminea (L.) J. et C. Presl 3 20 L. virosa L Lactuca sp. 6 Total

20 Regeneration regenerationin aninsect-freeglasshouse under controlledconditionsfollowing internationalstandardsfor genetic resources (Hintumand Boukema 1999) multiplication underlong-dayconditions; biennial(l. biennis, L. canadensis, L. virosa) andperennial(l. viminea, L. perennis, L. tatarica, L. tenerrima) species are overwinteredas basalrosettes L. sativa and themajority of wild species are self-fertiziling, theaccessions are not isolatedduringthemultiplication; accessions of allogamous species (L. perennis) are isolatedand manually pollinated

21 Maintenance sample viability is determined in germination tests and ranges between 85-90% seeds are dried to a moisture content of about 5% before packing accessions are preserved in laminated aluminium bags in medium-term storage at temperature of +4 C and/or in deep-freezer at 20 C for longterm storage

22 Characterizationand evaluation accessions of wild Lactuca spp. have been assessed throughout the growing period following basic morphological descriptors (Doležalová et al. 2002) and botanical names have been verified(doležalová et al. 2003) Basic morphologicaldescriptors Figure Plant -growth habit 1 erect(l. serriola) 2 lodging (L. tatarica) 3 vine (L. paradoxa)

23 Characterizationandevaluation about 100 accessions of L. sativa, 150 accessions of L. serriola and other wild Lactuca species have been screened for downy mildew (Bremialactucae) resistance during last ca 6 years response to natural infection by powdery mildew (Golovinomyces cichoracearum (Erysiphe cichoracearum)) has been evaluated in nearly 70 accessions of L. serriola and wild Lactuca species (Lebeda, 1994)

24 Characterization and evaluation the evaluation database of our working collection includes information on chromosome number, relative 2C nuclear DNA content, esterase zymograms and AFLP analysis of almost 100 accessions of wildspecies (Doležalová et al. 2002,2003) ESTzymograms karyotype pollengrains detailed characteristics of anatomical features of the accessions (Lebeda et al., 1999, 2001), including of photographic documentation, are also available epidermis structure

25 Collecting the main goals of collectingmissions to unexplored areas of the Czech Republic, Europe and USA have been the ecogeographic study of Lactuca populations in nature and the enrichment of the germplasm collection with new and unique Lactuca accessions usefulfor future research in the years , expeditions were conducted in twelve European countries (Austria, the Czech Republic, France, Germany, Greece, Italy, the Netherlands, Russia, Slovenia, Sweden, Switzerland, the United Kingdom), eleven states of USA (Arizona, California, Idaho, Iowa, Nevada, Oregon, South Dakota, Utah, Washington, Wisconsin, Wyoming) and Canada some field observations were also made in New Zealand in February 2003 almost 1381 seed samples of nine new wild Lactuca species were collected, withthe majority of collections provided to RICP Praha- Ruzyně, Genebankin Olomouc

26 Researchactivities genetic resources of wild Lactuca species, their geographic distribution, ecology and representation in genebankcollections morphological and anatomical characterization of wild Lactuca and development of morphological descriptors of Lactuca karyological and DNA content variation in Lactuca species isozyme and AFLP variation in Lactuca species taxonomical revision of some wild Lactuca genetic resources research of L. serriola populationsfor downy mildew (Bremia lactucae) resistance occurrence of diseases and their spatial and temporal distribution in natural Lactuca habitats genetic background of spatial and temporal variation in the virulence of pathogen populations (e.g. B. lactucae) on naturallyoccurring wild Lactuca species research on mechanisms of resistance in Lactuca species against biotrophic parasites creation of acollection of pathogen isolates (e.g. B. lactucae) for the exploitation of resistance variability in Lactuca

27 International cooperation over more than twenty years, an extensive network of cooperating institutions has been created around the world some of the most important partners include: IPGRI (Rome, Italy) HRI (Wellesbourne, U.K.) CGN, PRI and WU (Wageningen, the Netherlands) USDA/ARS (Salinas, Pullman, Ames; USA) University of California (Davis, USA) TU Munchen (Freising-Weihenstephan, Germany) Komenský University (Bratislava, Slovak Republic) Agricultural Research Institute (Lubljana, Slovenia) Institute of Evolution (Haifa, Israel)

28 Conclusions new information obtainedfromthe Palacký University working collection through a comprehensive research program contributes to enrichment of knowledge on the complex variability of the genus Lactuca based on the results of ourresearch, the working collection can be utilized to study naturalpopulations structure, biodiversity, ecobiology and the taxonomic status of Lactuca germplasmin genebank collections Members of the Lactuca team Jana Fuksová, Nikol Gasmanová, Eva Křístková, Milan Kitner, Barbora Mieslerová, Zbyněk Maryška, Alžběta Novotná, Irena Petrželová, Michaela Sedlářová, Vladimír Vinter

29 Periodické regenerace cílem je zregenerovat celou variabilitu vzorku a zabránit genetickéerozi regenerační protokoly technologie regenerace v závislosti na způsobu rozmnožování jednotlivých druhů počet jedinců danépoložky při její regeneraci stanoven mezinárodními standardy

30 Semenářské technologie pro genetické banky, zdroje semen a jejich úprava sklizeň na stanovištích (in-situ) sklizeň mimo původní stanoviště (ex-situ) posklizňová úprava dozrávání a dosušování ve snopcích výdrol, výmlat, čištění semen separace hluchých a defektních semen kontrola a eliminace škůdců, patogenů a příměsí dosušování semen před uložením vstupní kontrola biologické kvality semen popis a charakteristika vzorku semen (včetně pasportních údajů) učení algoritmu klíčení a přerušení dormance kontrola životnosti a klíčivosti

31 Semenářské technologie pro genetické banky, uchovávání semen ortodoxních papírové obaly, pokojová teplota - primitivní hermetické obaly, snížená teplota (0-5 C, domácí chladnička) hermetické obaly, nízká teplota (-20 C, domácí mraznička) hermetické obaly, ultra-nízká teplota (-80 C a méně, speciální hlubokomrazící boxy) hermetické obaly, vysušení pod 3% vzdušné vlhkosti, pokojová teplota rekalcitrantních živé kolekce (botanické zahrady) speciální postupy (in vitro, kryoprezervace, kryoprotektanty, tekutý dusík)