BTK ISLAHI aprazlama sonucu ortaya kan eitlerden arzu

BİTKİ ISLAHI • Çaprazlama sonucu ortaya çıkan çeşitlerden arzu edilenlerin seçilmesini sağlama – Binlerce gene dayalı değişim – Özelliklerin genetik altyapılarını tespit etme – İstenilen miktarda genin aynı bitkide toplanmasını sağlama – (Mendel) Genetik kuralları – İstatistiki yöntemler – Biyoteknoloji (Moleküler Biyoloji) çoğunlukla şarttır

GİRİŞ • “Ülke için en önemli hizmet -> faydalı bitki çeşidi” » Bir ABD başkanı? – Modern tarımsal üretkenliğin üçe katlanması (Hoisington, 1999) – Yiyecek, meyve, dayanıklı kumaş, güzel kokulu gül … – Hepsi seçile (ıslah ile) elde edilmiş – Gelecekte uzun (kaliteli) yaşama? – Üst düzey öğrenme / uygulama deneyim ve becerisi – Üniversiteler ve tarım kuruluşları ihtiyaca rağmen azlıktan endişeli – Kitaptaki biyoteknolojik kavramlar yeni veya inovasyon

GİRİŞ • En önemli ilerleme – Hastalıklardan etkilenmeyen, tadı iyi besleyici olan bitkilerin üretilmesi olmalı – Binlerce genin arasından aşamalı kombinasyon oluşturma – Klasik ıslah ve moleküler biyoloji birlikte olmalı • Nikolai Vavilov: İnsan tarafından yönetilen genetik çeşitlilik – Suni seçilim

GİRİŞ – Sanat ve bilim • • • Buluş ve uygulamaya yönelik yetenek Sonuca ulaşabilmek için birden fazla yol Zamanı ve kaynakları en iyi kullanma Literatür bilgisi Arazide doğru çeşit teşhis ve tespiti – Analoji • İyi bitki <--> sevdiğimiz şarkı – Çok sayıda karakter toplamda kabul görme – Beğenme oranı kişiden kişiye / toplumdan topluma – Bölüm 3 • Temel kavramlar • Genetik stratejiler (Bitkiye özel stratejiler kaynaklarda)

3. 2. TEMEL KONULAR – Basit ya da karmaşık kalıtım • Basit kalıtım Mendel Genetiği, • Karmaşık kalıtım – Eksik/eş baskınlık, cinsiyet, epistas vb… – Çoklu faktörler

AA, bb (6 kg) aa, BB (6 kg) X Aa, Bb (6 kg) Kendine tozlaşma 4 kg: aa, bb 5 kg: Aa, bb (x 2) aa, Bb (x 2) 6 kg: Aa, Bb (x 4) AA, bb aa, BB 7 kg: Aa, BB (x 2) AA, Bb (x 2) 8 kg: AA, BB Şekil 3. 1

3. 2. TEMEL KONULAR – Fenotip Genotip İlişkisi –P=G+E – V P= V G + V E – H = VG / VP P = ∑G + E

3. 2. TEMEL KONULAR – Üreme sistemleri, Çeşitler, Yerel Çeşitler ve Saf Irklar • Tür -> Alt tür /varyete -> Çeşit (kültivar) – (hayvanlarda “ırk”, mikroorganizmalarda “suş”) – Çeşit özellikleri • devamlılığı – üreme sistemi » kendine tozlaşan, dışardan tozlaşan, her ikisi de • Hardy-Weinberg Yasası – AA: Aa: aa = p 2 + 2 pq + q 2

Kendilenen nesil AA F 1 x Genotip oranı aa Aa Aa Heterozigotluk 0: 1: 0 100% AA 1: 2: 1 50% F 2 aa F 3 aa Aa AA 3: 2: 3 25% F 4 aa Aa AA 7: 2: 7 12. 5 % F 4 aa Aa AA 15: 2: 15 6. 25 % Şekil 3. 2

3. 2. TEMEL KONULAR –Phomo = 1 – ½(X-1) (Tek lokus) –Phomo : homozigotluk oranı –X : Nesil sayısı » örnek: 4 nesil • = 1 – ½(4 -1) • = 1 – (0. 5 x 3) • = 1 – 1. 5 = - 0. 5

3. 2. TEMEL KONULAR Nesil Heterozigotluk oranı 1 100 2 50 3 25 4 12. 5 5 6. 25 100 -6. 25 = 93. 75 ~%94

3. 2. TEMEL KONULAR • “saf seri”, arısoy, saf çeşit • homozigottan seçilmiş • aleller ve fenotip sabit • daha fazla seçime gerek yok • Johannsen’in saf seri teorisi » homo ve hetero’lardan saf seri geliştirilmesi

(b) (c) (d) Frekans (a) Şekil 3. 3

3. 2. TEMEL KONULAR • Populasyon ve Sayısal Genetikteki Diğer Konular – Çok daha fazla gen etkisi? • • • Farklı düzeyde etkiler Çevrenin etkisi Bağlı lokuslar Baskınlık oranı Epistas Sayısal genetik (1980 ortaları başladı) – Nicel / Kantitatif / Ölçülebilir Genetik

3. 2. TEMEL KONULAR • Bitki çeşidinin değeri çok sayıda özelliğe bağlıdır – meyve ağırlığı, tat – endüstri / tüketici tercihi – Mükemmel bir çeşit yoktur • ağırlık, şekil, tat, böcek/hastalık direnci – Çok sayıda genin analiziyle mümkün » sürekli ıslah – Çevreye Uyum

Şekil 3. 4

3. 2. TEMEL KONULAR • Bitki ıslahı bir sayılar oyunudur – ne kadar çok iyi karakter o kadar iyi çeşit • Birbirini etkileyen ve ortaklık gerektiren işlemdir – Bütün ıslah süreci dikkate alınmalı – En mükemmel çeşit en uzun zaman alan çeşit olur – Sistematikçi, ziraatçi ve moleküler biyologlar birlikte çalışmalı

Şekil 3. 5. Hibrit mısır veriminin kullanıma sunulduğu yıllara göre dağılımı. 12000 Dane verimi (kg ha-1) 10000 8000 6000 4000 1930 1950 1970 Yıl 1990

Şekil 3. 6 Islah sürecine bir örnek Goslin (yulaf çeşidi)) Nesil

Şekil 3. 7. Dokuz kuşak sonucu (1922 – 199 x) seçilmiş yulafın ortalama yağ içeriği

3. 2. TEMEL KONULAR – Çeşitlilik, Adaptasyon ve İdeotip (ideal çeşit) • DEĞİŞEN DENGE TERORİSİ (Tepe ve dağlara benzetme) – Adaptasyon ve çeşitlilik kısmen rastgele populasyon sürüklenmelerine bağlıdır (teori tatışmalı) – 1. Uyum (uygunluk) yüzeyleri » Teorik genotipik değer – 2. Adaptif zirveler » Optimum fenotipi oluşturan genetik koordinatlar • Lokal (yerel) sadece bir çevreye uyumlu • Evrensel her türlü çevreye uyumlu » Islahın, populasyonu bir adaptif zirveden diğerine nasıl taşıdığını açıklar (ıslah sürekli zirveye doğru gider) • Evrensel zirveye ait genotipler bulmak için geniş bir genotip alanını (çok fazla genotipi/bitkiyi) taramamız lazım

Evrensel Zirve Yerel Zirve Şekil 3. 8

3. 2. TEMEL KONULAR – İdeotip (İdeal tip, çeşit) / Yüzey uyumluluğu – Özel bir çevreye bağımlılık » Çevre değişince ideotip değeri / yüzeyin şekli değişir – Zirai uygulama farklılıkları = Çevre – Az verim + gübre = çok verim (gübre = çevre) • Farklı ıslahçılar farklı yolları seçerler • Daha büyük bir zirvenin olup olmadığına inanma – Daha çok ıslah yapıp – yapmama.

3. 2. TEMEL KONULAR – Diğer düşünceler / Islahta önemli olan diğer konular • Poliploidi (2’den çok kromozom durumu ) – Karakter / gen takibi zor – İstenilen karakterler için oluşturma » Otopoliploid aynı tür, Allopoliploid farklı 2 tür – Anöploidi (2 n + /- 1), Kro mutasyonları (translokasyon, inversiyon, duplikasyon, delesyon) • Xenia Polen genlerinin endosperm veya embriyoda ifade edilmesi » Tohumlar polenin fenotipi taşırlar ama yeni nesile farklı genotip aktarılır • Islahçılar biyolojik çeşitliliğin doğal ve suni populasyonlar (gen kaynakları) oluşturma yollarıyla korunması için önemli bir gruptur. • Türler arası gen transferi (dayanıklılık, verim vs. )

3. 2. TEMEL KONULAR – Diğer düşünceler / Islahta önemli olan diğer konular • Erkek kısırlığı ve çeşitli polen kontrol yöntemleri ile hibrid üretimi • Islahçılar arası veri paylaşımı bir zorunluluk » Git gide yaygınlaşmakta • Islahçı istatistik bilmelidir – Ekim tasarımları ve sonuçların istatistiki analizleri üzerine devasa literatür vardır • Hastalık direnci – Islahçı ve zararlı (böcek / mikrop) savaşı » Mutasyonla yeni böcek/mikrop » Yeni böceğe dayanıklı yeni mutasyon içeren çeşit » Hızlı olan kazanır

3. 2. TEMEL KONULAR – Diğer düşünceler / Islahta önemli olan diğer konular • Hastalık direnci – Islahçı ve zararlı (böcek / mikrop) savaşı » Mutasyonla yeni böcek/mikrop » Yeni böceğe dayanıklı yeni mutasyon içeren çeşit » Hızlı olan kazanır – Islahçı için 2 strateji » 1. farklı dirençleri taşıyan çeşitler topluluğu » 2. Farklı dirençleri taşıyan tek çeşit oluşturma (Gen pramidi / gen toplama yöntemi).

3. 3. ISLAHÇININ AMAÇLARI – İstenilen özelliklerin bireyde toplanması • Karakaş karagöz, sarışın mavi gözlü • Güzellike bakana göre değişir – 2 tür karakter • Agronomik karakterler • Girdi karakterleri

3. 4. BİTKİ ISLAH YÖNTEMLERİ – 3. 4. 1. Melezleme yöntemleri – 3. 4. 2. Kendine Döllenen Türler • • • 1. Melezlemede teksel seçme (şekil 3. 9) 2. Tek tohum seleksiyonu 3. Melezlemede toptan seçme yöntemleri 4. Geri melezleme ıslahı 5. Tohum çoğaltma, test etme, saf hat dağıtılması

Ax. B Yıl 1 Yıl 2 (F 1) • Seçilmiş homozigot anaçlar çaprazlanır • F 1 bitkileri büyütülür • Tüm bitkiler tek düze olmalıdır • Yeterli F 2 tohumu hasat edilir XXXX • Geniş aralıkla birçok F 2 bitkisi büyütülür • Yüksek oranda kalıtsal özellikler taşıyan tek bitki seçimi yapılır • Her bitki için ayrı tohumlar hasat edilir • Kimlik kaydı ve gözlemler yapılır XXXXXX Yıl 3 (F 2) X X X Yıl 4 (F 3) X X X Yıl 5 (F 4) Aile 1 X X X X X X X X X X X X X Aile 2 • Seçilmiş her F 2 bireyinden döl sıraları büyütülür • Tercih edilen aile ve bitkiler seçilir • Bitkiler tek hasat edilir • Aile ve bitkiler için gözlemler yapılır • Tek bitkilerden döller büyütülür • Aileleri bir arada tutmak için sıralar ayarlanır • İyi aileler belirlenir • Umut vaat eden ailelerden iyi bitkiler seçilir • Bitkiler tek hasat edilip kayıtları tutulur • F 5 ya da F 6‘ya kadar tekrarlanır • F 5 ya da F 6‘daki seçilmiş döl sıraları harmanlanır • Artırma ve testlere geçilir Şekil 3. 9

Ax. B Year 1 Year 2 (F 1) • Seçilmiş homozigot anaçlar çaprazlanır • F 1 bitkileri büyütülür • Tüm bitkiler tek düze olmalıdır • Yeterli F 2 tohumu hasat edilir XXXX • Yüksek yoğunlukta F 2 bitkisi büyütülür • Seçme yapılmaz • Her bir F 2 bitkisi için tek bir tohum hasat edilir • Diğer tohumlar atılır Year 3 (F 2) XXXXXXXXXX XXXXX Year 4 (F 3) XXXXXXXXXX XXXXX • Her tohumdan bir bitki büyütülür • Seçme yapılmaz • Bitki başına bir tohum hasat edilir • Bir ya da daha fazla nesil tekrarlanır XXXXXX • Aralıklı ekilmiş bitkiler büyütülür • F 4 ile F 6 arasındaki tohumlar. • Yüksek oranda kalıtsal karakter taşıyan bitkiler seçilir • Umut vaat eden bitkilerden tohum hasat edilir Year N (F 4, F 5, or F 6) Year N+1 (F 5 or F 6 or F 7) X X X X X X X X • Döl sıraları büyütülür • İstenmeyen tipler ayıklanır • Döl sıralarında tohumlar seçilir ve harmanlanır • Testlere geçilir Şekil 3. 10

Verici Anaç (D) Tekrarlanan Anaç (örn. hastalık-dirençli) X RR (ör. adapte ama duyarlı) rr F 1 Rr BC 1 rr ve Rr Geri melezleme tekrarlanır ½D ¼D BC 2 rr ve Rr 1/ 8 BCN rr ve Rr 1/ (2 D N+1 ) D Kendine döllenir BCNF 2 1 RR : 2 Rr : 1 rr Test ve çoğaltım Şekil 3. 11

XXXXXX • Popülasyonu büyüt • Tesadüfi çiftleşmeye izin ver • Tercih edilen bitkilerden tohumları hasat edip harmanla XXXXXX • Yeni nesil’i ek • Tekrarla Şekil 3. 12

XAXXBX CXXXXX XXDXXX XXXXEF Season 1 Season 2 Season 3 C C C A A A D D D E E E F F F CFCFCF • Popülasyonu büyüt • Melezle yada tesadü çiftlestir • Tercih edilen bitkileri belirle • Tohumları hasat edip kayıt tut B B B • Döl sıraları büyüt • Tohumların yarısını ayır • Döl sıralarını degerlendir • Tercih edilen anaçları belirle • Yeni melezleme blogunu döl testlerinde iyi performans gösteren bitkilerden ayrılmıs olan tohumları kullanarak ek • Tekrarla Şekil 3. 13

A B C D E F XXXX XXXX ABCDABCD G DEFGDEFG • Kendilenmi yada klon anaçları toptan yada tekrarlamalı seçme ile geliştir • Kendilenmiş yada klon olarak koru • Döllenme blokları kullanarak büyütüp Syn-1 tohumlarını elde et • İhtiyaç duyulduğunda, ek olarak tesadüfi döllenenmeler yoluyla Syn-2 nesline geç. • Syn-1 yada Syn-2 tohumlarını hasat et ve harmanla XXXXXX ABCDABCD XXXXXX • Syn-1 yada Syn-2 nesillerini test et • Verim ve diğer özellikleri değerlendir • Birçok yıl ve çevre koşulunda en iyi sentetik çeşidi tekrarla • Aynı basamakları tekrarlayarak Syn-1 yada Syn-2 tohumlarını ticari amaç için üret Şekil 3. 14

XXXXXX XXXXXX A C XXXX B XXXX A XXXXXX A B • Kendine döllenmiş yada klon anaçları toplu yada tekrarlamalı melezleme ile geliştirin • Kendine döllenmiş yada klon olarak koruyun • İzole çift sıralar halinde çaprazlama için büyütün • Dişi anaçtaki erkek organlar çıkartılır (emaskülasyon) • Dişi anaçtan tohumlar hasat edilir • Melez testleri büyütülür • Verim ve diğer özellikler değerlendirilir • Çoklu yıllar ve çevrelerde en iyi sentetik çeşidin belirlenmesi için tekrarlanır XXXXXX • Melez çaprazlamalar tekrarlanır (çok daha büyük çapta) ve ticari üretim için tohumlar elde edilir Şekil 3. 15

Ax. B M M m m M m M M m m M M M M m m M m • İstenilen özellik taşıyan homozigot anaçlar çaprazlanır. M m m m Mm m m Mm m M M m m m Mm m M • Tek tohum seçimi yada double haploidi yöntemi ile deneysel popülasyon oluşturulur. • Döl sıralarında rastgele hatlar test edilir. • Döl sıralarında rast gele hatlar test edilir. A B M M M M M M M M MQ C D • Markörler arasında istatistiksel bağlantılar belirlenir (örn. M) ve QTL (örn. Q) • Sonraki seçimler için markör testleri yapılır, . • M için yapılan seçimin faydalı ve başlı bir QTL seçimine de sebep olduğu var sayılır. • Bu, aynı genişletilmiş yada bambaşka bir • popülasyondan olabilir. Şekil 3. 16