Konzervační strategie

Konzervační strategie • In-situ - péče o fytogenofond v místě jeho vzniku • „on farm“ - pěstování a distribuce krajových forem, biologicky čisté produkty • Ex-situ - vzorky se uchovávají jinde, než jsou domovem • Genové banky, botanické zahrady a arboreta • Výhody:

choroby a škůdci pod kontrolou dokonalé vyzrávání dostupnost • Nevýhody: nároky na pozemky a zahradnickou technologii nároky na izolátory nároky na lidskou práci

PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz

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


Technologie genetických bank • • • • • • • •

Databáze Vstupní úprava vzorků Vitalita semen Balení a adjustace vzorků Techniky dlouhodobého uložení semen Typy kolekcí: základní, aktivní, pracovní, jaderná („core“) Dlouhodobé uchovávání pylu Periodické regenerace


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 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


Průvodní (pasportní) databáze 1) • • • • • 2) • • • • • 3) • • • 4) • • • • •

Označení vzorku Identifikační označení expedice, resp. jiné sběrové aktivity, název instituce Jméno sběratele Sběrové číslo vzorku Datum sběru Typ materiálu (semena, hlízy, prýty, …) Identifikace vzorku Rod, druh, podruh, botanická varieta Místní název (jazyk) Číslo paralelní herbářové položky Identifikační čísla jiných paralelních vzorků Stav vzorku Informace o sběru Počet odebraných jedinců Metoda sběru Zdroj sběru (jméno a adresa dárce, jméno lokality) 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)


Příklad sběrového protokolu pro projekt GENEMINE (2001-2004)

2

1

3

6 PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz

7

Příklad morfologického deskriptoru pro plané druhy rodu Lactuca L.


Basic morphological descriptors for genetic resources of wild Lactuca spp. Doležalová et al. 2003. 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

Vstupní úprava vzorků • zjištění přítomnosti patogenů a škůdců (zvl. u vegetativního materiálu) • opatření pro dezinfekci a úpravu vzorků - codes for safety movement • čištění • vysušení osiva - šetrné, dvoufázové, předsušení při teplotě 20°C na 8-10% vlhkost, dosušení při teplotě do 25°C na 48% vlhkost


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 - Internatioal Board for Plant Genetic Resources (IBPGR)


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


Balení a adjustace vzorků • použití vhodných obalů a značení pro technologie dlouhodobého uchovávání • papírové (nevhodné), aluminiové, laminové sáčky (prostorové hledisko), hermetické obaly (plechové konzervy, sklenice s Twist-Off uzávěry) • adjustace - předepsané údaje (firma, druh, odrůda, číslo partie, rok sklizně, ...)


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 10-12 tisíc semen druhy s velmi drobnými semeny - minimální hmotnost vzorku 10-15 g


Techniky dlouhodobého uchovávání • semena ortodoxní - snášejí vysušení na 5-10% obsahu vlhkosti, aniž ztrácejí klíčivost, -20°C, většina zemědělských plodin, výjimka plodiny trop. pásma • semena rekalcitrantní - ztrácejí klíčivost po vysušení na 1230% vlhkosti, citlivost na chlad, problémy spojené s kontaminací mikroby, poškození endospermu; • ekonomicky významné - kokosový ořech, kakaovník, mango, muškátový ořech, kaučukovník, tropické dřeviny, kaštan, dub, buk, ořešák • ultrasuchá semena - 3,5% vlhkosti, skladování při pokojové teplotě


Techniky dlouhodobého uchovávání druhů s rekalcitrantními semeny • •

•

•

•

klonální prezervace - v polních podmínkách, skleníky (prostorové hledisko, náklady spojené s prořezáváním, kontrolou plevelů, chorob a škůdců), materiál náchylný na škody a živelné pohromy in vitro prezervace - meristémy z kořenových špiček, pupenů, množí se dělením, uchovávání 20-25°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 v podmínkách 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


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 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 nositelé charakteristických znaků dané plodiny (celá variabilita plodiny) bezpečnostní duplikace – záložní kolekce vegetativní (polní) kolekce


Department of Botany, Palacký University, Olomouc, Czech Republic

The Palacký University working collection of the genus Lactuca

A. Lebeda, I. Doležalová and D. Vondráková PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz

The working Lactuca collection •

• • • •

contains of 557 germplasm accessions of 20 species from Europe, Asia, Africa, North America, hybrids of L. serriola x L. sativa and also undetermined Lactuca spp. includes 1381 seed samples conserves a differential set 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 biodiversity for the study of inter- and intraspecific variability, taxonomy, ecobiology, phylogenetic and evolutionary relationships of wild Lactuca spp.


The working Lactuca collection (list of accessions) Taxon L. aculeata Boiss. L. altaica Fisch. et C.A. Mey. L. biennis (Moench) Fernald L. capensis Thunb. L. canadensis L. L. dregeana DC. L. floridana L. indica L. L. ludoviciana L. perennis L. L. quercina L. saligna L. L. sativa L. L. serriola L. L. serriola x L. sativa L. sibirica L. taraxacifolia Schum. et Thonn. L. tatarica C.A. Mey. L. tenerrima Pourr. L. viminea (L.) J. et C. Presl L. virosa L. Lactuca sp. Total

No. of accessions 3 1 1 1 4 4


No. of seed samples

10 1

3 1 1 92 53 362 3 1 1 1 1 3 16 6 557

3 24 1 1314

20 7 1381

Regeneration •

•

•

regeneration in an insect-free glasshouse under controlled conditions following international standards for genetic resources (Hintum and Boukema 1999) multiplication under long-day conditions; biennial (L. biennis, L. canadensis, L. virosa) and perennial (L. viminea, L. perennis, L. tatarica, L. tenerrima) species are overwintered as basal rosettes L. sativa and the majority of wild species are self-fertiziling, the accessions are not isolated during the multiplication; accessions of allogamous species (L. perennis) are isolated and manually pollinated


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


Characterization and 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 morphological descriptors Figure 1.1.1. Plant - growth habit

1 erect (L. serriola)

2 lodging (L. tatarica)


3 vine (L. paradoxa)

Characterization and evaluation •

•

about 100 accessions of L. sativa, 150 accessions of L. serriola and other wild Lactuca species have been screened for downy mildew (Bremia lactucae) 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)


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 wild species (Doležalová et al. 2002,2003) EST zymograms

karyotype

pollen grains

§detailed characteristics of anatomical features of the accessions (Lebeda et al., 1999, 2001) , including of photographic documentation, are also available epidermis structure PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz

Collecting •

•

•

the main goals of collecting missions 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 useful for future research in the years 1995-2005, 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, with the majority of collections provided to RICP PrahaRuzyně, Genebank in Olomouc


Research activities • • • • • • • • • •

genetic resources of wild Lactuca species, their geographic distribution, ecology and representation in genebank collections 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 populations for 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 naturally occurring wild Lactuca species research on mechanisms of resistance in Lactuca species against biotrophic parasites creation of a collection of pathogen isolates (e.g. B. lactucae) for the exploitation of resistance variability in Lactuca


International cooperation

§over more than twenty years, an extensive network 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) PDF vytvořeno zkušební verzí pdfFactory Pro www.fineprint.cz

of

Conclusions •

•

• •

new information obtained from the 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 our research, the working collection can be utilized to study natural populations structure, biodiversity, ecobiology and the taxonomic status of Lactuca germplasm in 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


Periodické regenerace • cílem je zregenerovat celou variabilitu vzorku a zabránit genetické erozi • regenerační protokoly • technologie regenerace v závislosti na způsobu rozmnožování jednotlivých druhů • počet jedinců dané položky při její regeneraci stanoven mezinárodními standardy


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


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)


Konzervační strategie

Recommend Documents