Двојна хаплоидија

Двојниот хаплоид (DH) бил генотип формиран кога хаплоидните клетки биле подложени на удвојување на хромозомите. Вештачкото производство на удвоени хаплоиди било важно во одгледувањето на растенијата.


Хаплоидните клетки се произведувале од полен или јајце клетки или од други клетки на гаметофитот, а потоа со индуцирано или спонтано удвојување на хромозомот, се произведувала двојно хаплоидна клетка, која можела да се одгледува во двојно хаплоидно растение. Ако првобитното растение било диплоидно, хаплоидните клетки биле монплоидни, а терминот удвоен монплоид можел да се користи за удвоени хаплоиди. Хаплоидните организми добиени од тетраплоиди или хексаплоиди понекогаш се нарекувале дихаплоиди (а удвоените дихаплоиди билее, соодветно, тетраплоидни или хексаплоидни).

Конвенционалните процедури за оплодување на крвни сродници барале шест генерации за да се постигнела приближно целосна хомозиготност, додека двојната хаплоидија ја постигнувала за една генерација.Jain, S. Mohan, S. K. Sopory, and R. E. Veilleux. 1996. In vitro haploid production in higher plants. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. p.317. Дихаплоидните растенија добиени од тетраплоидни растителни растенија можеле да бидат важни за програмите за размножување кои вклучувале диплоидни диви роднини на културите.

 Историја 
Првиот извештај за хаплоидно растение бил објавен од Блејксли и сор. (1922) во Datura stramonium. Потоа, хаплоидите биле пријавени кај многу други видови. Гуха и Махешвари (1964) развиле техника на култура на прашници за производство на хаплоиди во лабораторија. Производството на хаплоиди со широк вкрстување било пријавено во јачменот (Каша и Као, 1970) и тутунот (Бурк и сор., 1979). Тутунот, семето од репка и јачменот биле најодговорните видови за двојно производство на хаплоиди. Двојните хаплоидни методологии сега биле применети на над 250 видови.Maluszynski et al., 2003.

 Производство на двојни хаплоиди 
Двојните хаплоиди можеле да се произведувале ин виво или ин витро. Хаплоидните ембриони се произведувале in vivo со партеногенеза, псевдогамија или елиминација на хромозомите по широко вкрстување. Хаплоидниот ембрион се спасувал, култивирал, а удвојувањето на хромозомите произведувал дуплирани хаплоиди. Ин витро методите вклучувале гиногенеза (култура на јајниците и цветови) и андрогенеза (култура на прашници и микроспори). Андрогенезата бил претпочитан метод. Друг метод за производство на хаплоиди бил широк вкрстување. Во јачменот, хаплоидите можеле да се произведат со широк вкрстување со сродниот вид Hordeum bulbosum; оплодувањето било засегнато, но во раните фази на развојот на семето, хромозомите на H. bulbosum се елиминирале оставајќи хаплоиден ембрион. Во тутунот (Nicotiana tabacum), широко се користело широко вкрстување со Nicotiana africana. Кога N. africana се користела за опрашување на N. tabacum, 0,25 до 1,42 проценти од потомството преживувало и лесно можело да се идентификувало како F1 хибриди или како мајчински хаплоиди. Иако овие проценти изгледале мали, огромниот принос на ситни семиња и раната смрт на повеќето садници обезбедувале значителен број на остварливи хибриди и хаплоиди во релативно мали контејнери почва. Овој метод на меѓуспецифично опрашување служел како практичен начин за производство на хаплоиди добиени од семето на N. tabacum, било како алтернативен метод или како комплементарен метод на културата на антра.

 Генетика на DH популацијата 
Во DH методот се јавувале само два типа на генотипови за пар алели, A и a, со фреквенција од ½ AA и ½ aa, додека кај диплоидниот метод се јавувале три генотипови со фреквенција од ¼ AA, ½ Aa, ¼ aa. Така, ако АА бил пожелен генотип, веројатноста за добивање на овој генотип била поголема кај хаплоиден метод отколку кај диплоиден метод. Ако n локуси се сегрегирале, веројатноста за добивање на посакуваниот генотип била (1/2)n со хаплоиден метод и (1/4)n со диплоиден метод. Оттука, ефикасноста на хаплоидниот метод била висока кога бројот на засегнати гени бил голем.

Биле спроведени студии за споредување на DH методот и другите конвенционални методи на размножување и било заклучено дека усвојувањето на удвоена хаплоидија не водело до пристрасност на генотиповите кај популациите, па дури и било откриено дека случајните DH биле компатибилни со избраната линија произведена со конвенционален педигре метод.Winzeler et al., 1987.

 Примени на DHs одгледување растенија 

 Мапирање на квантитативни локуси на особини 
Повеќето од економските карактеристики биле контролирани од гени со мали, но кумулативни ефекти. Иако потенцијалот на популациите на DH во квантитативната генетика бил разбран веќе некое време, појавата на мапи на молекуларни маркери бил поттик за нивна употреба во идентификување на локуси кои ги контролирале квантитативните особини. Бидејќи ефектите на квантитативните локуси на особини (QTL) биле мали и многу под влијание на факторите на околината, било потребно прецизно фенотипизирање со реплицирани испитувања. Ова било возможно со дуплирани хаплоиди организми поради нивната вистинска природа на размножување и затоа што тие можеле погодно да се произведувале во голем број. Користејќи ги популациите на DH, биле мапирани 130 квантитативни карактеристики кај девет видови култури.Forster and Thomas, 2003 Вкупно, 56 DH популации биле користени за QTL детекција.

 Вкрстено размножување 
Во повратната конверзија, гените се интрогрирале од донорска сорта или сродни видови во елитната линија на примачот преку повторено повратно вкрстување. Проблем во оваа постапка бил способноста да се идентификувале линиите што ја носеле карактеристиката на интерес кај секоја генерација. Проблемот бил особено акутен ако интересната особина била рецесивна, бидејќи таа ќе била присутна само во хетерозиготна состојба по секој повратен вкрстување. Развојот на молекуларни маркери обезбедувал полесен метод на селекција врз основа на генотипот (маркерот) наместо фенотипот. Во комбинација со двојна хаплоидија станувал поефективен. При конверзија на назад со помош на маркер, родителот примател се вкрстувал со донаторска линија и хибридот (F1) се вкрстувал назад до примачот. Добиената генерација (BC1) се вкрстувала назад и процесот се повторувал додека не се произвеле саканите генотипови. Комбинацијата на удвоена хаплоидија и молекуларен маркер обезбедувал краток пат. Во самата беккрос генерација, можело да се избере генотип со карактер на интерес и да се претворел во хомозиготен двојно-хаплоиден генотип.Thomas et al., 2003. Чен и сор. (1994) користел маркерска помошна повратна конверзија со двојна хаплоидија на BC1 индивидуи за да изберел линии отпорни на ’рѓа во јачменот.

 Обемна сегрегантна анализа (BSA) 
Во збирната сегрегантна анализа, популацијата се проверувала за интересна особина и генотиповите на двата крајни краја формирале два глома. Потоа двата главни делови се тестирале за присуство или отсуство на молекуларни маркери. Со оглед на тоа што најголемиот дел требало да има контраст во алелите кои придонесувале за позитивни и негативни ефекти, секој полиморфизам на маркерот помеѓу двата главнина укажувал на поврзаноста помеѓу маркерот и карактеристиката од интерес. BSA зависел од точниот фенотип и DH популацијата имала особена предност во тоа што тие биле вистинско размножување и можеле постојано да се тестирале. Популациите на DH најчесто се користеле во обемна сегрегантна анализа, што бил популарен метод во одгледувањето со помош на маркери.Ardiel et al., 2002; William et al., 2002; Yi et al., 1998. Овој метод најчесто се применувал на семе од репка и јачмен.

 Генетски карти 
Генетските карти биле многу важни за да се разберела структурата и организацијата на геномите од кои можеле да се заклучат моделите на еволуција и синтетичките односи меѓу видовите. Генетските карти, исто така, обезбедувале рамка за мапирање на гените од интерес и проценка на големината на нивните ефекти и ни помагале да ги разбереме асоцијациите на генотип/фенотип. Популациите на DH станале стандардни ресурси во генетското мапирање за видовите во кои DH биле лесно достапни. Двојните хаплоидни популации биле идеални за генетско мапирање. Било можно да се направи генетска карта во рок од две години од првичниот вкрстување без оглед на видот. Изработката на картата  била релативно лесна со користење на DH популација добиена од хибрид од два хомозиготни родители бидејќи очекуваниот сооднос на сегрегација бил едноставен, т.е. 1:1. Популациите на DH сега се користеле за производство на генетски карти на јачмен, семе од репка, ориз, пченица и бибер. Популациите на DH одиграле голема улога во олеснувањето на генерирањето на мапите на молекуларни маркери кај осум видови култури.

 Генетски студии 
Генетските соодноси и стапките на мутации можеле да се читаат директно од хаплоидните популации. Мала двојно зголемена хаплоидна популација (DH) била искористена за да се покажело дека џуџестиот ген во јачменот бил сместен во хромозомот 5H.Thomas et al., 1984. Во друга студија, сегрегацијата на низа маркери била анализирана кај јачменот.Schon et al., 1990.

 Геномика 
Иако QTL анализата генерирала огромно количество информации за локациите на гените и големината на ефектите врз многу особини, идентификацијата на вклучените гени останала неостварлива. Ова се должело на лошата резолуција на QTL анализата. Решението за овој проблем би било производство на рекомбинантна линија за супституција на хромозомот,RCSLs, Paterson et al., 1990. или скалесто усогласени рекомбинантни вродени линии.STAIRS, Kearsey 2002. Овде, вкрстувањето назад се вршело додека не се појавело посакуваното ниво на рекомбинација и се користеле генетски маркери за откривање на саканите рекомбинантни линии за замена на хромозомот во целниот регион, што можело да се фиксира со двојна хаплоидија.Thomas et al., 2000. Кај оризот, било откриено дека молекуларните маркери биле поврзани со главните гени и QTL за отпорност на оризова експлозија, бактериска болест и плашт во мапа направена од популација на DH.Wang et al., 2001.

 Елитниот премин 
Традиционалните методи на размножување биле бавни и биле потребни 10-15 години за развој на сортата. Друг недостаток бил неефикасноста на селекцијата во раните генерации поради хетерозиготноста. Овие два недостатоци можеле да ги надминат DH, а повеќе елитни вкрстувања можеле да се проценат и одберат за помалку време.

 Развој на културата 
Униформноста била општо барање на култивираната линија кај повеќето видови, која лесно можела да се добие преку производство на ДХ.International Symposium on Genetic Manipulation in Crops. 1988. Genetic manipulation in crops proceedings of the International Symposium on Genetic Manipulation in Crops, the 3rd International Symposium on Haploidy, the 1st International Symposium on Somatic Cell Genetics in Crops, Beijing, October 1984. Natural resources and the environment series, v. 22. (London: Published for the International Rice Research Institute and Academia Sinica by Cassell Tycooly), p.318. Постоеле различни начини на кои DHs можеле да се користат во производството на сорти. Самите DH линии можеле да се ослободеле како сорти, тие можеле да се користат како родители во производството на хибридни сорти или поиндиректно во создавањето на линии за одгледување и во зачувувањето на герматичката плазма. Јачменот имал над 100 директни сорти на DH.Thomas et al., 2003. Според објавените информации во моментов имало околу 300 сорти добиени од DH во 12 видови ширум светот.

Релевантноста на DHs за одгледување растенија значително се зголемила во последниве години поради развојот на протоколи за 25 видови. Двојната хаплоидија веќе играла важна улога во производството на хибридни сорти на зеленчук, а потенцијалот за украсно производство енергично се испитувал. ДХ се развивале и во лековитата билка Valeriana officinalis за да се избереле линии со висока фармаколошка активност. Друг интересен развој бил тоа што плодните хомозиготни DH линии можеле да се произведат кај видови кои имале системи за самонекомпатибилност.Immonen and Anttila, 1996.

 Предности на DHs 
Способноста да се произведувале хомозиготни линии по една кружна рекомбинација заштедувала многу време за одгледувачите на растенија. Студиите заклучиле дека случајните DH биле споредливи со избраните линии во педигре инбридирање.Friedt et al., 1986; Winzeler et al., 1987. Другите предности вклучувале развој на голем број хомозиготни линии, ефикасна генетска анализа и развој на маркери за корисни особини за многу помалку време. Поконкретните придобивки ја вклучувале можноста за размножување на семето како алтернатива на вегетативното размножување кај украсните растенија, и кај видовите како што биле дрвјата кај кои долгите животни циклуси и депресијата на вроденото оплодување ги исклучувале традиционалните методи на размножување, двојната хаплоидија обезбедила нови алтернативи.

 Недостатоци на DHs 
Главниот недостаток кај популацијата на ДХ бил што не можело да се наметне селекција на населението. Но, во конвенционалното одгледување, селекцијата можела да се практикува за неколку генерации: со тоа можеле да се подобрат посакуваните карактери кај популацијата.

Кај хаплоидите произведени од култура на прашници, било забележано дека некои растенија биле анеуплоиди, а некои биле мешани хаплоидно-диплоидни типови. Друг недостаток поврзан со двојната хаплоидија бил трошокот за воспоставување на ткивна култура и капацитети за раст. Прекумерната употреба на удвоена хаплоидија можела да ги намали генетските варијации во размножувањето на гермиплазмата. Оттука, требало да се земат предвид неколку фактори пред да се применила двојната хаплоидија во програмите за размножување.

 Заклучоци 
Технолошкиот напредок сега обезбедил протоколи за DH за повеќето растителни родови. Бројот на видови подложни на двојно зголемена хаплоидија достигнал неверојатни 250 за само неколку децении. Ефикасноста на одговор исто така била подобрена со постепено отстранување на видовите од категоријата непослушни. Оттука ќе обезбедила поголема ефикасност на одгледувањето растенија.

 Упатства 

 Двојни хаплоиди за подобрување на зимската пченица   
 Видео : Двојни хаплоиди: Едноставен метод за подобрување на ефикасноста на одгледувањето пченка.

 Наводи 

Категорија:Растителна генетика
Категорија:Генетика