BTK ISLAHI Do Dr Ahmet YILDIRIM BTK ISLAHININ

BİTKİ ISLAHI Doç. Dr. Ahmet YILDIRIM

BİTKİ ISLAHININ ÖNEMİ VE AMACI Bitki Islahı ve Bitki Islahçısı Bitki Islahının Tarımsal Üretime Etkileri KÜLTÜR BİTKİLERİNDE ÜREME ve ÜREME MODELLERİ Eşeyli Üreme Eşeysiz Üreme BİTKİ ISLAHINDA GEN REKOMBİNASYONU ve ÖNEMİ Bitkilerde Varyasyon Genetik Oranlar ve Basit Karakterlerin Kalıtımı Genler Arası İnteraksiyonlar KANTİTATİF KALITIM VE ISLAHTA KULLANIMI Kantitatif Kalıtım ve Belirlenmesi Transgressif Açılım Sürekli Varyasyonun Ölçülmesi Multiple Alleller Kalıtım Derecesi (Heritabilite)

l KROMOZOM SAYISINDAKİ VARYASYONLAR – Poliploidlik ve Islahta Kullanımları Anöploidlik ve Islahta Kullanımları – Haploidlik ve Islahta Kullanımları – DÖLDARLIĞI İDARE EDEN MEKANİZMALAR ve ISLAHTA KULLANIMLARI l – Uyuşmazlık Gametofitik Uyuşmazlık – Sporofitik Uyuşmazlık – – Erkek (Er) Kısırlığı Genetik Er Kısırlığı – Stoplazmik Er Kısırlığı – KENDİNE DÖLLENEN BİTKİLERDE UYGULANAN ISLAH YÖNTEMLERİ l Introdüksiyon Islahı – Seleksiyon Islahı – Teksel Seleksiyon (Saf Hat Seleksiyonu) – Toptan Seleksiyon (Mass Seleksiyon) –

KENDİNE DÖLLENEN BİTKİLERDE UYGULANAN ISLAH YÖNTEMLERİ (Devam) l – Melezleme Islahı – Melezlemelerin Yapılışı –Teksel Seleksiyon (Pedigri Yöntemi) – Toptan Seleksiyon (Bulk Yöntemi) – Çoklu Melezlemeler ve Seleksiyon – Geri Melezleme – Türlerarası Melezleme YABANCI DÖLLENEN BİTKİLERDE UYGULANAN ISLAH YÖNTEMLERİ l – İntrodüksiyon Islahı – Seleksiyon Islahı – Döl Kontrollü Teksel Seleksiyon –Toptan – Seleksiyon Tekrarlamalı (Recurrent) Seleksiyon

YABANCI DÖLLENEN BİTKİLERDE UYGULANAN ISLAH YÖNTEMLERİ (Devam) l – Melezleme Islahı l Melez Çeşit Islahı (Heterosis Islahı) – Sentetik Çeşitler TÜM BİTKİLERDE UYGULANAN ISLAH YÖNTEMLERİ – Mutasyon Islahı – Tek Tohum Soy Yöntemleri – Biyoteknolojik Yöntemler – l – – Doku Kültürü Teknikleri – Moleküler DNA Teknikleri Sitolojik Yöntemler ve Seleksiyon DAYANIKLILIK ISLAHI – Hastalık ve Zararlılara Dayanıklılık Islahı – Kışa, Sıcağa ve Kurağa Dayanıklılık Islahı

DERSTE BAŞARILI OLMANIN GEREĞİ VE SIRRI !. . Derse Mutlaka Devam Etmek. Dikkatli Dinlemek. Hatırlatıcı Notlar Almak. Ders Notları Dışında Mutlaka Farklı Kaynaklardan Yararlanmak. Ve Bolca Soru Sormak. . . TEMEL OBJEKTİFLER 1. Bitkilerin Üreme Modellerinin, Mendel Genetiği Prensiplerinin ve İlgili Genetik Gelişmelerin Pratikte Bitki Islahında Kullanılabilirliğinin Gözden Geçirilmesi, 2. Yeni Bitki Islahı Yöntem ve Uygulamalarının Tanıtılması, 3. Yeni Çeşit Geliştirmede Başarılı Olabilmek İçin Uygun Objektif ve Uygulamaların Seçiminde Dikkat Edilmesi Gereken Hususları ve Islah Amaçlarını Tartışmak.

1. BİTKİ ISLAHI VE BİTKİ ISLAHÇISI ü Dünyadaki gıda üretimi miktarı yetersiz ve insanların 2/3’ ü açlık, yetersiz beslenme ve kıtlık ile karşıya. ü Dünyada temel gıda kaynağı Tarla Bitkileri olmakla birlikte, insanlar tarafından direkt olarak tüketilen besinin %50’ si yedi tahıl cinsinden; bunun da %40’ tan fazlası Çeltik ve Buğday’ dan karşılanmaktadır. 10. 6 8. 5 10 6. 8 8 6 Çizelge 1. Dünyada Gelişmiş ve Gelişmemiş Ülkelerdeki Nüfus Artışı ve 2020 Yılına Kadar Tahmin Edilen Rakamlar 4. 5 5. 5 3. 6 44 2020 2000 2010 1980 1990 2 1970 Nüfus ( Milyar ) 12

ü Bitkisel üretimin artırılabilmesi için ; Sulama, gübreleme, hastalık ve zararlıların kontrolü v. b. kültürel işlemlerin yanı sıra “Uygun Çeşit” kullanımı önem taşımaktadır. ü Çevre koşullarına en “Uygun çeşit” in elde edilmesi, ISLAH ile gerçekleştirilir. Bu çeşitli yollarla sağlanabilir; Ø Daha Güçlü Büyüme ; Güneş ışığı, CO 2 , su ve elverişli besin elementlerinin daha iyi kullanımı verimi artırır. Ø Ø ü ü Yatmaya ve Tohum Dökmeye Dayanıklılık. Stres Koşullarına Dayanıklılık ; Erken olgunlaşma, kışa ve soğuğa dayanıklılık, sıcaklık, kuraklık, hastalık ve zararlılara dayanıklılık. Kalıtsal gelişmeler genellikle KALICI dır. Yüksek verim ancak “Uygun Çeşidin” en “İyi çevre” de yetiştirilmesi ile mümkündür.

Verim (kg/ha) 6000 1930 1980 5000 MISIR 4000 ÇELTİK 3000 SORGUM BUĞDAY 2000 1000 31 45 55 65 75 85 95 00 Yıllar Çizelge 3. ABD’ de 1930 -2000 Yılları Arasında Majör Tarla Bitkilerindeki Verim Artışları 1931 -1980 yılları arasındaki 50 yıllık sürede verim artışı Mısırda ; %325, Sorgumda ; %320, Buğdayda ; %146, Çeltikte ; %111 olmuştur.

BİTKİ ISLAHI NEDİR? Bitkilerin kalıtsal yapılarını değiştirmeye ve geliştirmeye yarayan bir sanat ve bilim dalıdır. Mevcut Çeşitlerden daha üstün özelliklere sahip yeni çeşitler geliştirmektir. Bitki ıslahı ilk olarak insanların daha fazla tohum üreten bitkileri seçmesi yoluyla başlamıştır. Dolayısıyla seleksiyon ilk metod olmuştur. q Seleksiyon Melezleme Mendel Biyokimya Moleküler genetik q Sanatsal yönü aynı tür içinde bazı bitkilerde ekonomik öneme sahip olabilecek farklılıkları görebilmektir. q Islahçıların genetik ve akraba türler hakkındaki bilgileri arttıkça, ıslah daha çok bir bilim dalı olmaya başlamıştır. q Modern bitki ıslahı, genetik prensiplerin anlaşılması ve kullanılmasına bağlıdır. q

1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 4. Bitki Islahının Başlıca Amaçları Birim alandan elde edilen verimi yükseltmek ve kaliteyi arttırmak, Çeşitlerin adaptasyon yeteneklerini arttırmak ve iyileştirmek, Zararlılara ve hastalıklara dayanıklılığı arttırmak ve kayıpları azaltmak, Stres faktörlerine karşı dayanıklılığı arttırmak. Bitki Islahında Genel Strateji Bitki türlerinin kalite, verim ve adaptasyonları için önemli olan morfolojik karakterleri, fizyolojik ve patolojik responslarının tanımlanması, Uygun hatlarda bu karakterler için genetik potansiyeli değerlendirecek tekniklerin dizayn edilmesi, Bir ıslah programında kullanılabilecek, arzulanan karakterler için gen kaynaklarının araştırılması, Bu karakterleri, genetik olarak gelişmiş bir varyete veya çeşitte toplamak için uygulamalar yapmak.

BİTKİ ISLAHÇISI KİMDİR? “Bitki ıslahçısı olmak için ne yapılmalıdır? ” Basitçe “Bitkiler üzerinde çalışılmalıdır. ” § Bitki ıslahçısının veya adayının bitkileri konu alan birçok bilim dalını iyi bilmesi oldukça önemlidir. § Bitkilerin Evrimsel Gelişimi İstatistik Agronomi Botanik Bitki Biyokimyası BİTKİ ISLAHI Entomoloji Bitki Patolojisi Gıda Bilimi Bitki Genetiği ve Sitogenetiği Bitki Fizyolojisi

§ Bir ıslahçının başarılı olabilmesi için dikkat etmesi gereken bazı konular vardır. Bunlar ; 1. Islahçı çalışmaya başladığı andan itibaren gelecek 20 yıl içerisinde ne tür değişiklikler olabileceğini tahmin edebilmelidir. ( Verim, kalite, teknoloji, üreticinin yaklaşımı, Pazar v. b. ) 2. Yeni çeşidin yetişeceği ekoloji, 3. Mikro veya makro adaptasyon, 4. Morfolojik özellikler, 5. Islah programında esneklik, 6. Mükemmelci olmamak, 7. Alçak gönüllülük ve karşısındakini dinlemek, 8. Islah metodunun doğru seçimi ( Anaçlar, seleksiyon yöntemi v. s. )

İLK ISLAHÇILAR Ne zaman? , Nerede? , Seleksiyon? İlk suni melezleme M. Ö. 700’ de hurma ağacı üzerinde Asur ve Babil’ler tarafından yapıldı. l l 1964 Camenarius l 1716 Cotton Mather Bitkilerde cinsiyetin varlığı Mısırda yabancı tozlanmanın gözlenmesi ve ispatı l l 1760 -1766 Joseph Kölneuter Sistematik suni melezlemeler 1811 -1838 T. Andrew Knight Suni melezlemelerin ıslahta ilk pratik uygulamaları l 1850 John Le Couteur & Patrick Shirreff Döl testinin kullanımı 1890 -1903 Hjalmar Nilsson, Frederic F. Hallett, W. Johannsen & Willet M. Hays Tek bitki veya saf hat seleksiyonu l l 1865 Gregor MENDEL Kalıtımın esasları

l 1904 G. H. Shull & Edward East Mısırda saf hatların üretimi ve ilk tek melezin eldesi l Donald F. Jones l T. J. Jenkin Çift melez üretimi ve çiftçiye ulaştırılması Sentetik Çeşitler ( Özellikle çayır-mer’a) BİTKİ ISLAHINDAKİ BAZI BAŞARILI ÖRNEKLER VE DÖNÜM NOKTALARI l 1873 “Türk kırmızısı” buğdayın ABD’ ye götürülmesi, l 1948 Orville A. Vogel Yarı cüce “Gaines” ve “Nuganies” çeşitlerinin ıslahı, l 1970’ ler Norman E. Borlaug Bir ziraatçiye verilen ilk ve tek NOBEL ödülü, l 1950’ ler kısa boylu sorgum ıslahı ve yayılması, l 1901 H. L. Bolley Ketende solgunluk hastalığına dayanıklılık testleri, l Yabani formlardan ıslahta veya kullanımda yararlanma, l 1950’ler Barbara Mc. Clintock Hibrit mısır ıslahı ve Hareketli genler

2. KÜLTÜR BİTKİLERİNDE ÜREME VE ÜREME MODELLERİ Canlıların kendilerine benzer yeni bireyler oluşturmalarına Üreme denir. Üreme Eşeyli (generatif, seksüel) veya Eşeysiz (vejetatif) üreme olmak üzere 2 şekilde gerçekleşir ; EŞEYLİ ÜREME Erkek ve dişi organlarda oluşan gametlerin birleşmesiyle embriyo ve tohum meydana gelir. Bu üreme çiçeklerde gerçekleşir. 1. ÇİÇEK MORFOLOJİSİ Çiçek genelde 4 organdan oluşur. (Sepal, Petal, Stamen ve Pistil ) Anter+Flament = Stamen Stigma+Stil+Ovary = Pistil Anter Flament Stigma Stil Yumurtalık (Ovary) Yumurta hücresi (Ovül) Petal Sepal Plasenta

Temelde iki tip çiçek vardır ; a) Tam çiçek : dört organa da sahip olan çiçek yapısıdır. ( Pamuk, keten, tütün, kolza, patates, soya, üçgül, yonca v. s. ) b) Eksik çiçek : 1 veya daha fazla organı olmayan çiçek yapısıdır. ( Buğdaygiller) Ø Çiçek morfolojisi ve gelişimi, döllenme biyolojisini etkiler. Cinsel organları taşıma durumlarına göre 2 tip çiçek yapısı vardır ; 1. Erselik (Hermafrodit) çiçek : Hem erkek hem de dişi organı taşırlar. (Buğday, pamuk, tütün, fasülye, yonca, korunga v. s. ) 2. Bir eşeyli çiçek : Yalnız erkek veya dişi organı taşırlar. (Mısırda dişi organ koçanda, erkek organ tepe püsküllerinde bulunur. ) Ø Erkek ve dişi organların her ikisi de aynı bitkide bulunuyorsa Bir Evcikli ( Monoecious); Ayrı bitkiler üzerinde ise İki Evcikli (dioecious) denir. ( Mısır bir evcikli, Kenevir iki evcikli )

TOZLANMA VE DÖLLENME ü Anter Mikrospor ana hücresi Polen ü Polenlerin anterlerden stigma (tepecik) üzerine taşınması olayına Tozlanma adı verilir. ü Polenlerin taşınması farklılık gösterir. ü Çiçek tozu (polen) tepecik üzerinde çimlenerek vejetatif çekirdek sayesinde çiçek tozu borusunu, dişicik borusu içinde uzatır ve yumurtalığa ulaştırır. Böylece tozlaşma tamamlanır. ü Generatif çekirdek mitoz ile ikiye bölünerek (n) kromozomlu 2 sperm oluşturur. ü Tohum taslağı Megaspor ana hücresi Primer embriyo kesesi 3 Mitoz Yumurta hücresi+2 Sinergit hücre+ 3 Antipod hücre+2 Polar çekirdek (Birleşerek 2 n) v 1. Sperm v 2. Sperm Yumurta hücresi = Zigot (2 n) “Döllenme” 2 n Polar çekirdek = Primer endosperm çekirdeği (3 n) İKİLİ DÖLLENME

v Döllenmiş yumurta Embriyo Primer endosperm çekirdeği Mitoz bölünmeler ve hücre zarı ile çevrilme Endosperm 1. HÜCRE BÖLÜNMELERİ Mitoz Bölünme Mayoz Bölünme v 2. v Mikroskop ve uygun boyama yöntemleriyle hücre bölünmesi esnasında çekirdek içindeki, kısalmış çubuk şeklindeki kromozomlar gözlemlenebilir. Kromozomlar, genetik materyal olan DNA’ yı taşırlar. A. MİTOZ BÖLÜNME Ø Büyüme ve gelişmeyi sağlar Vücut hücreleri 2 n Yavru hücre ve ana hücrenin aynısıdır. Bu bölünme tipi şu şekilde özetlenebilir ; v Ø

1. 2. 3. 4. 5. B. v Her bir kromozomun, kromatidleri oluşturmak için uzunluğuna kopyalanması Hücre zarının kaybolması ve iğ ipliklerinin oluşumu Kromozomların ekvator düzlemine hareketi Kromatidlerin iğ iplikleri tarafından zıt kutuplara çekilmesi İki yavru hücrenin, çekirdek zarının oluşması ve bu hücrelerin birbirinden ayrılması. MAYOZ BÖLÜNME Kromozom sayısının sabit kalmasını sağlar. Eşey hücreleri, (n) kromozomlu 4 hücre Rekombinant tipler 1 ve 2 olmak üzere iki hücre bölünmesi 1. ’ si İndirgenme, 2. ’ si ise Eşitlenme bölünmesi

Bölünme İşlemi Şöyle Özetlenebilir ; 1) Kromozom kromatidi oluşturmak için uzunluğuna kopya edilir. 2) Homolog kromozomların eşleşmesi, 3) Homolog kromozomların, kromatidleri halen sentromerde bitişik vaziyetteyken ekvator düzleminde toplanması, 4) Her bir çift homolog kromozomdan birinin kromatidleri ile birlikte zıt kutuplara hareket etmesi (İndirgenme bölünmesi), 5) Yeni hücrelerde yeni iğ ipliklerinin oluşumu ve kromatidlerin zıt kutuplara bakacak şekilde ekvator düzlemine dizilmesi, 6) Sentromerlerin ortadan ayrılması ve kromatidlerin iğ iplikleri tarafından zıt kutuplara çekilmesi ( Eşitlenme bölünmesi), 7) (n) kromozoma sahip 4 yeni hücrenin ve hücre duvarının oluşması.

TARLA BİTKİLERİNİN DÖLLENME ŞEKİLLERİ Normal olarak kendi çiçek tozlarıyla döllenen (Autogam) bitkiler Normal olarak yabancı çiçek tozlarıyla döllenen (Allogam) bitkiler Hem yabancı hem de kendi çiçek tozu ile döllenen bitkiler 1. a) b) c) d) Kendine döllenen başlıca Tarla Bitkileri ; Buğday, arpa, çeltik, yulaf, tütün, keten haşhaş, patates, susam, bezelye, fasülye, mercimek, börülce, nohut, soya, yerfıstığı ve fiğ (%5 yabancı) Kendine Döllenmenin Nedenleri ; Çiçeklerin erselik olmaları, Tozlanmanın çiçekler açılmadan gerçekleşmesi, Stigmanın bir boru oluşturan erkek organlar arasında bulunması, Erkek ve dişi organların çiçek açtıktan sonra bazı organlar tarafından saklanması.

2) Yabancı döllenen başlıca Tarla Bitkileri ; Mısır, Çavdar, şekerpancarı, ayçiçeği, kolza, birçok çayır otları, üçgüller, kenevir, kavun, karpuz, salatalık ve soğan Yabancı Döllenmenin Nedenleri ; a) b) Ø Ø c) d) Kendine döllenmenin mekanik olarak engellenmesi, Erkek ve dişi organların erme zamanlarının farklı oluşu, Erkek organların, dişi organlardan daha önce olgunlaşması ( Protandri) Dişi organların, erkek organlardan daha önce olgunlaşması ( Protogyni) Kendine kısırlık ya da uyuşmazlık, Bir ya da iki evcikli olma durumu

TARLA BİTKİLERİNDE EŞEYSİZ ÜREME A. Vejetatif Üreme (Tohum dışında bitki kısımlarıyla üreme) Patates yumru; Şekerkamışı sap; Çayır otları; rizom Ø Tek bitkilerden vejetatif olarak üretilen bitkilere “Klon” denir. Klonların genetik yapıları? , Doku kültürü? B. Apomixis Üreme (Döllenmeden tohum oluşumu) Ø Erkek ve dişi gametler birleşmeden tohum oluşur. Tohum ; Ø Ø Ø İndirgenmeye uğramamış bir yumurta hücresinden, İndirgenmeye uğramış embriyo kesesinin iki hücresinin birleşmesi sonucu, Doğrudan bir somatik hücreden gelişebilir.

Partenogenesis : Döllenmemiş yumurta hücresi Embriyo (n veya 2 n) : (Çayır salkım otu) q Partenocarpy : Döllenmesiz meyve oluşumu (Çekirdeksiz üzüm, muz, incir, ananas) q q Androgenesis : Spermden embriyo oluşumu (n) q Apogamy : sinerjit veya antipodal hücrelerden embriyo oluşumu Apospory : Embriyonun (2 n) yumurtadan döllenme olmaksızın gelişimi ve embriyo kesesinin somatik bir hücreden oluşumu q Diplospory : Embriyo megaspor ana hücresinden bölünme olmaksızın gelişir. q

BİTKİ ISLAHINDA GEN REKOMBİNASYONU VE ÖNEMİ Ø Ø Ø 1. Ø Ø 2. Ø Ø Ø BİTKİLERDE VARYASYON (DEĞİŞİM) Bitkilerde türler arasında ve tür içinde varyasyonlar vardır. Islah açısından önemi? İki ana grupta toplanırlar ; MODİFİKASYONLAR Aynı genotip+Farklı çevre = Farklı fenotip Modifikasyon Klon veya saf hatlarda test edilebilir. Küçük-büyük tohum / hasta-sağlıklı bitki / patates yumr. Kalıcı değildir. Yavru döllere aktarılamaz. KALITSAL VARYASYONLAR Aynı tür + Benzer çevre = Farklılık Kalıtsal varyasyon Basit veya karmaşık karakterler Çevre faktörleri kalıtsal karakterler üzerinde etkili?

Ø Ø Ø Ø Pas hastalığı ve soğuğa dayanıklılık örneği? Kalıtsallığın belirlenmesi Pas hastalığı Döl testi Çevresel ve kalıtsal varyasyonlar çakışır. Karakterler Genotip x Çevre interaksiyonu Genler = Nesilden nesile aktarılan kalıtım faktörleri Islahın temeli Kalıtsal varyasyonlar Islahçının hazinesi Kalitatif - Kantitatif karakterler KALITSAL VARYASYON KAYNAKLARI a)- Melezlemeler (Gen rekombinasyonu) b)- Mutasyonlar c)-Poliploidlik c)- MENDEL KALITIMININ MEKANİZMASI Ø Kromozomlar ve üzerindeki genlere bağlıdır. Ø Karakter nedir? Ø Gen, kromozom, allel, dominant, resesif, homozigot, heterozigot, fenotip, genotip? Ø Kromozomlar? Nerede? Gametler? Homolog kromozomlar Homoeolog kromozomlar?

Genetik Oranlar ve Basit Karakterlerin Kalıtımı Zıt fenotipli bitkiler arasında melezleme Karakterin açılım oranının hesabı Ø Ø Gen sayısına bağlı olarak monohibrit, dihibrit, trihibrit v. s. Ø Külahlı arpa (KK) x kılçıklı arpa (kk) = ? Ø Döl kontrolü? , Nasıl yapılır? Ø Test melezlemesi ? , Geri Melezleme ? , Farkı ? Ø Siyah kaba kılçıklı (BBRR) x Beyaz düz kılçıklı (bbrr) = ? Ø Mendel kuralları ? Ø Melezlemelerde 2’ den fazla karakter bulunduğunda ?

F 2’ de Meydana Gelen Karakter Sayısı F 1’ de Meydana Gelen Gamet Çeşidi Fenotip ve Homozigot Genotip Sayısı Farklı Genotip Sayısı Toplam Genotip Sayısı 1 2 2 3 4 2 4 4 9 16 3 8 8 27 64 4 16 16 81 256 5 32 32 243 1024 59. 049 1. 084. 576 21 2. 097. 152 10. 460. 353. 203 4. 398. 046. 511. 104 n 2 n 2 n 3 n 4 n Ø a) b) F 2’ de beklenen açılım oranının görülmeme ihtimali? Genler arası interaksiyonlar Linkage (bağlantı)

A. Genler Arası İnteraksiyonlar A. 1. Allel Genler Arasındaki Etkiler AA Aa aa Dominans Etki (AA = Aa) AA Aa aa Eksik Dominans (Aa > AA + aa ) 2 AA Aa aa İntermediyerlik Üstün Dominans (Aa = AA + aa) ( Aa > AA > aa ) 2 A. 2. Allel Olmayan Genler Arası Etkiler Epistasi , Hipostasi a) Tamamlayıcı Gen Etkisi (Çift Resesif Epistasi) 9: 7 b) Değiştirici Gen Etkisi (Resesif Epistasi) 9: 3: 4 c) Örtücü Gen Etkisi (Dominant Epistasi) 12: 3: 1

g) Önleyici Gen Etkisi (Dominant + Resesif Epistasi ) 13: 3 Çift Gen Etkisi (Çift Dominant Epistasi) 15: 1 Aditif (Eklemeli) Gen Etkisi (Arpada kılçık boyu) Pleiotropik Genler ( 1 gen 1’ den fazla etki ) B. Linkage ( Bağlantı ) d) e) f) Bağlı Genler ; Ø Ø Ø Gruplar halinde aktarılması eğiliminde olan genler = Bağlı genler = Linear diziliş Krossingover oranı Bağlılık derecesi Bağımsız dağılım = 50 c. M Rekombinasyon oranı = Harita ünitesi = c. M < 50 Bağlantı Gen haritalarının oluşturulması, gen izolasyonu, etkin transfer, gen akümülasyonu, genetik akrabalık ilişkileri v. s.

BÖLÜM 4. Ø Ø Ø Kalitatif Kantitatif kalıtım farklılıklar Normal (Çan eğrisi) dağılım eğrisi Sürekli varyasyon Ortalama ve varyans değerleri Genetik + çevre = fenotipik varyans Genotip x çevre interaksiyonu Tesadüfi örnekler Ø KANTİTATİF KALITIM VE ISLAHTA KULLANIMI Ø Genetik varyans = Aditif + dominans + epistatik etki Ø Kalıtım derecesi Düşük Orta Yüksek Üç farklı lokasyonda genotip x çevre interaksiyonu Ø Gen frekansı Seleksiyon nesponsu

KANTİTATİF KALITIMIN BELİRLENMESİ W. Johannsen, 1903 & H. Nilsson-Ehle, 1908 Johannsen’ in klasik fasülye denemesi Karışık bir fasülye popülasyonu ( İrilik açısından rasgele seçim ) 19. Safhat 3. Safhat ØTane ağırlığı genetik ve çevre Komponentlerinden oluşmaktadır. ØSaf hat oluşturulduktan sonraki Xort. = 0. 351 g Xort. = 0. 358 g Xort. = 0. 348 g Xort. = 0. 642 g Varyasyonlar çevre kaynaklıdır. Xort. = 0. 631 g Xort. = 0. 649 g

Çok koyu kırmızı daneli R 1 R 1 R 2 R 2 Beyaz daneli X r 1 r 1 r 1 Nilsson Ehle’ nin Buğdayda dane rengi örneği F 1 : Orta kırmızı R 1 r 1 R 2 r 2 1 2 2 1 4 R 1 R 1 R 2 R 2 R 1 R 1 R 2 r 2 Koyu kırmızı R 1 r 1 R 2 R 2 R 1 R 1 r 2 r 2 R 1 r 1 R 2 r 2 Orta kırmızı 1 r 1 R 2 R 2 2 R 1 r 1 r 2 r 2 r 1 R 2 r 2 1 r 1 r 2 r 2 2 Renk Dom. Gen Sayısı 16 Bitki İçindeki Adedi Çok koyu kırmızı 4 1 3 4 2 6 (x+y)n Açık kırmızı Beyaz 1 0 4 1 X : Dom. gen y: Res. gen n : Gen sayısı

Ø Birbirinden bağımsız iki gen Aditif etki Bir kantitatif karakteri benzer bir yolla iki veya daha fazla allelik olmayan genlerin etkilemesi ; Multiple gen veya Poligen (Çoklu) etkisi olarak adlandırılır. Ø Nilsson-Ehle daha sonra 3 farklı genini dane rengini etkilediğini bulmuştur. Ø Ø ? Kırmızı : ? Beyaz

TRANSGRESİF AÇILIM Ø Ø Bazı döller anaç sınıflarının dışına taşabilirler. Islahtaki önemi ve kullanımı ? Ø Her anaç, döldeki gen havuzuna katkıda bulunur. Ø Pozitif ve negatif alleller açılır = Rekombinasyon Tanımlamak için Döller ve anaçların aynı çevre koşullarında büyümesi ve ortalama performanslarının Karşılaştırılması. Ø Genetik varyasyon > Çevresel varyasyon pozitif Transgresif açılımın seçim şansı Ø Anaçlar F 1 F 2 F 3

MULTİPLE GEN KALITIMININ ÖZELLİKLERİ 1. Multiple genlerin herbiri fenotipi belli ölçüde etkiler. 2. Farklı lokuslardaki genler, bir kantitatif karakteri etkileyebilirler. Bu etkinin şekli ve oranı farklı olabilir. (10 veya > gen) 3. Her bir genini etkisi eklemelidir. Rasgele seçilen bir popülasyonda fenotipik değerler sürekli (normal) dağılım gösterirler. (Metrik üniteler) 4. Fenotip = Genotip + Çevre + Genotip x çevre interaksiyonu 5. Farklı gen aktiviteleri : Aditif, dominans, epistasi, üstün dominans 6. Transgresif segregasyon olabilir. (Süper varyetelerin eldesi)

SÜREKLİ VARYASYONUN ÖLÇÜLMESİ Kantitatif karakterlerde değerler, metrik üniteler halinde geniş sayıda örneklerden elde edilir. Ø İstatistiki değerlendirme : Varyans, Standart sapma, varyasyon katsayısı (cv) Ø Tesadüfi örneklendirme Ø Ürün fx Ortalamada n Sapma (x – x-) (x – x)2 Toplam Ürün F (x – x)2 1 8 -3 9 9 9 7 63 -2 4 28 10 25 250 -1 1 25 11 35 385 0 0 0 12 23 276 1 1 23 13 8 104 2 4 32 14 1 14 3 9 9 100 1100 Gözlene n Değer X Frekan s f 8 126 x- = top. fx /100 = 1100/100 = 11 V = s 2 = top. (f(x-x-)) / n-1 Standart sapma : s = v = 1. 27 =1. 13 1. 27 Cv : (s/x-)100 = % 10. 3

Ø Varyans Standart sapma Kalıtım derecesinin hesaplanmasında Varyans analizi Ø Standart sapma, gözlemlerin ortalama değerden sapmalarını gösterir. cv Ortalama sapmayı % olarak gösterir. Biyolojik araştırmalarda %10 iyidir. Ø +1, -1’ lik bir standart sapma normal dağılım gösteren bir popülasyondaki gözlemlerin %68’ ini, +2, -2’ lik bir standart sapma %95’ ini içerecektir. Ø v. Varyans , Standart sapma = Gözlemler Ortalama etrafında toplanmıştır. v. Varyans , Standart sapma = Gözlemlerin Değişkenliği oldukça geniştir. -2 s -s x%68 %95 s 2 s

Bir Kantitatif Karaktere Etki Eden Gen Sayısının Bulunması ( x- f 1 – x-f 2 ) n =8 ( (s. F 2)2 – (s. F 1)2 ) X-F 1 , X-F 2 = Saf hat anaçların ortalaması SF 1 , SF 2 = F 1 ve F 2 generasyonlarının standart sapması Ø Bu formül ancak bazı ön şartların sağlanmasıyla geçerli olabilir. Bunlar ; 1. 2. 3. Karaktere etki eden genler eşit etkiye sahip olmalıdır. Dominans veya epistatik etkiler olmamalıdır. Aynı lokusta olmamalıdırlar. (Bağlantı olmamalı) Ø Genellikle gerçek gen sayısı, hesaplanandan fazla olur. v Çekinceler; q q Bazı genler, diğerlerinden daha fazla etkiye sahip olabilir. Bazı genler bir karakter üzerinde majör, diğer karakter üzerinde minör etkiye sahip olabilir. Modifiye edici genler bulunabilir. En doğru davranış, gen sayısının relatif bir tahminidir. q q

MULTİPLE ALLELLER Bir kantitatif karaktere etki eden genler ; Ø Farklı lokuslarda multiple genlerin grupları halinde, Ø Aynı lokusta multiple allel setleri halinde bulunabilir. Bir diploid bitki, herhangi bir multiple allel setinden yalnızca iki allele sahip olacaktır. Aynı allel A 1 A 1 Homozigot Farklı allel A 1 A 2 Heterozigot Bir lokusta 2 allel varsa 3 Diploid kombinasyon (A 1 A 1, A 1 A 2, A 2 A 2) 3 Allel 6 Kombinasyon (A 1 A 1, A 2 A 2, A 3 A 3, A 1 A 2, A 1 A 3, A 2 A 3) 4 Allel 10 Kombinasyon 6 Allel 21 Kombinasyon n Allel n (n + 1)/2 Kombinasyon söz konusudur.

GEN AKTİVASYON TİPLERİ Bir gen, bir kantitatif karakterin fenotipik görüntüsünü nasıl etkiler? 1. 2. 3. 4. Aditif (eklemeli) etki ; aabb=0, Aabb=1, AAbb=2, AABb=3, AABB= 4 Dominans etkiler ; aa=0 , Aa=2 , AA=2 Epistatik etkiler ; Aabb=0 , aa. BB=0 , A-B- = 4 Üstün dominans etkiler ; aa=1 , AA=1 , Aa=2 Islah Açısından ; Ø Süper genotip seçiminde başarı için aditif gen etkisi kullanılır. Ø Dominans ve epistatik etkinin olduğu durumlarda, seleksiyon daha az başarı şansına sahiptir. Ø Üstün dominans ancak F 1 hibritinde fikse edilebilir.

Farklı lokuslardaki iki genin, farklı aktivasyon şekillerine göre etki şekilleri Genotipler AA Aa aa Aditif Etkileşim BB +4 +3 +2 Bb +3 +2 +1 Bb +2 +1 0 Dominans Etkileşim BB +4 +4 +2 Bb +2 +2 0 Epistatik Etkileşim BB +4 +4 0 Bb +4 +4 0 bb 0 0 0 Üstün Dominans Etkileşim BB +2 +3 +1 Bb +3 +4 +2 Bb +1 +2 0

KALITIM DERECESİ ( Heritabilite ) Ø Ø Ø Bir döldeki toplam varyasyonun genetik kısmı Verim örneği – Seleksiyon etkinliği Değişik metodlar geliştirilmiştir. Ø En önemli istatistik değer varyans (v = s 2) ‘ tır. Ø Vp = Fenotipik varyans Bir kantitatif karakterde gözlenen varyanslardan hesaplanır. v Vp = VG + VE VG = Genetik varyans VE = Çevresel varyans v VG = VA + VD + VI VA = Linear kantitatif etkiye sahip genlerin oluşturduğu varyans VA = Anaç – döl benzerliğinin nedenidir ve bir Popülasyonun, seleksiyona responsunu belirler. VD = Heterozigotun orta noktadan veya homozigot anaçların ortalamasından sapmalarını temsil eder. VA’ dan daha az etki gücüne sahiptir. VA = Aditif genetik varyans VI = Allel olmayan genlerin epistatik ilişkilerinden VD=Dominans genetik varyans Doğar. Belirlemesi oldukça zordur ve VA ile VD’ den daha Küçük etki düzeyine sahiptir. Hesaplamalarda genellikle göz Ardı edilir. VI = Epistatik genetik varyans

H 2 = HG = VG / VP = VG / (VG+VE) = Oransal bir sonuç H 2 = HG = VG / VP x 100 = % değerler h 2 = HD = VA / VP x 100 VA = 2 VF 2 - (VB 1 + VB 2) Geniş anlamda kalıtım derecesi Dar anlamda kalıtım derecesi (VB 1 + VB 2) = ½ VA + ½ VD + 2 VE İki safhatın (P 1 x P 2) melezlemesi sonucu oluşan F 2 generasyonundaki varyans = VP Ø VG = VP - VE VE = VP 1 + VP 2 / 2 veya ; VE = VP 1 + VP 2 + VF 1 / 3 Ø Genelde uygulanan istatistiki yaklaşım, döl-anaç regresyon değerinin kullanımıdır. Ø HG Eğer kalıtım derecesi dölün iki anaç ortalamasına olan regresyonundan hesaplanırsa ; H = bx 100 b = Top. (x-x-) (y-y-) / Top. (x-x-)2 Ø Eğer melezlemede polen kaynağı bilinmiyorsa veya açık tozlanan bir popülasyon söz konusu ise ; H = 2 bx 100 Ø HD

KALITIM DERECESİ VE SELEKSİYON Ø Ø Ø Çevre = H = Heritabilite Başarılı seleksiyon (F 2’ de) Seleksiyon F 2’ den sonraki generasyonlarda başlatılmalı Seleksiyon başarısı = Kombinasyon ( H + Genetik varyasyon + Seleksiyon yoğunluğu ) Ø Ø H, belli bir çevrede yetişen belli bir populasyona özeldir. Eğer farklı çevrelerde seleksiyonu kolaydır. Ø H gösteren bir karakter varsa, bu karakterin H’ li karakterler ; Buğdayda başaklanma tarihi, dane iriliği, mısırda koçan yüksekliği, püskül uzunluğu, soyada olgunluk tarihi v. s. Ø H’ li karakterler ; Verim, yatmaya dayanıklılık, kışa mukavemet, protein oranı v. s. Ø

SELEKSİYON YOĞUNLUĞU (ŞİDDETİ) VE GENETİK İLERLEME Gs = genetik ilerleme Gs = i Vp. H i : Seleksiyon yoğunluğuna bağlı sabit değer Vp = Fenotipik varyansın karekökü Seleksiyon Yoğunluğu (%) İ 1 2. 665 5 2. 063 10 1. 755 F 1 20 1. 400 100 adet F 2 x- Anaç popülasyonu %5 Seleksiyon Yoğunluğu (şiddeti) (veya standart sapma) Örnek: Ortalamanın V = 22. 4 %’ si olarak ; (3. 74)x 100 H = 0. 383 = % 38. 3 54. 8 %5’ lik bir seleksiyon şiddeti ile = %8. 17 Gs Gs = (2. 063) (22. 4) (0. 383) = 3. 74 Eğer %10’luk bir seleksiyon şiddeti olsaydı %6. 94 Gs üGenel Projeni popülasyonu Ax. B prensip olarak ıslah çalışmalarında çoğunlukla %10’luk seleksiyon şiddeti (yoğunluğu) kullanılır. üEğer H Daha fazla bitki seçilmelidir.

GEN FREKANSI VE GENETİK DENGE Gen Frekansı : Bir ıslah popülasyonunun gen havuzundaki farklı allellerinin oransal durumları ü Genotip Frekansı : Popülasyondaki farklı genotiplerin oranları ü Bir genin frekansı = Bireylerin genotipi + sayısı / popülasyon Örnek ; 100 diploid birey ve bir gen lokusunda 2 allel ( A 1 veya A 2) 36 A 1, 48 A 1 A 2, 16 A 2 120 A 1 alleli ( (2 x 36) + 48 ) 80 A 2 alleli ( (2 x 16) + 48 ) Gen frekansı: Genotip frekansı: 0. 36 A 1 120/200 = 0. 6 A 1 0. 48 A 1 A 2 80/200 = 0. 4 A 2 0. 16 A 2 Çok geniş sayıdaki bir popülasyonda aynı gen frekansı ve rasgele eşleşme ile allel ve genotip frekansları ? Ø Rasgele eşleşme popülasyondaki her erkek gametin herhangi bir dişi gametle eşleşme şansı eşittir. Ø

Döldeki Genotipler Genotip Frekansları Eşleşmeler Eşleşme Frekansı A 1 A 1 x A 1 A 1 (0. 36 x 0. 36) = 0. 1296 Hepsi A 1 A 1 0. 1296 A 1 A 1 x A 1 A 2 (0. 36 x 0. 48) = 0. 1728 ½ A 1 A 1, ½ A 1 A 2 0. 0864 A 1 A 1 x A 1 A 2 (0. 36 x 0. 16) = 0. 0576 Hepsi A 1 A 2 x A 1 A 1 0. 1728 ½ A 1 A 1, ½ A 1 A 2 0. 0864 A 1 A 2 x A 1 A 2 0. 2304 ¼ A 1 A 1, ¼ A 1 A 2, 0. 0576 ¼ A 2 A 2 0. 1152 0. 0576 A 1 A 2 x A 2 A 2 0. 0768 ½ A 1 A 2, ½ A 2 A 2 0. 0384 A 2 A 2 x A 1 A 1 0. 0576 Hepsi A 1 A 2 0. 0576 A 2 A 2 x A 1 A 2 0. 0768 ½ A 1 A 2, ½ A 2 A 2 0. 0384 A 2 A 2 x A 2 A 2 0. 0256 Hepsi A 2 A 2 0. 0256 TOPLAM 1. 000 A 1 A 1 A 1 A 2 A 2 A 2 0. 0864 0. 0576 0. 0384 0. 3600 0. 4800 0. 1600 A 1 allelinin frekansı = (0. 36 + 0. 48) / 2 = 0. 6 A 2 allelinin frekansı = (0. 48 + 0. 16) / 2 = 0. 4

Ø Ø Genetik denge Takip edilen generasyonlarda aynı frekansa sahip genotipler genetik dengeye ulaşmıştır. Hardy – Weinberg Kanunu (p + q) = 1 Genotip frekansı (p + q)2 = p 2 + 2 pq + q 2 = 1 q Genetik denge için ; 1. Rasgele eşleşme ( sonsuz sayıda birey arasında ) olmalıdır. Dengeyi bozacak faktörler popülasyona sokulmamalıdır. 2. ü Mutasyon Popülasyon içine veya dışına allellerin göçü (A 3 allelinin gelişi veya A 1, A 2’ nin kaybı) Doğal seleksiyon v Bir popülasyon genetik dengede olmasaydı, ne olurdu? ü ü

Örnek : 100 diploid birey , 2 allel (A 1, A 2) 40 A 1 , 40 A 1 A 2 , 20 A 2 Gen frekansı : 120/200 = 0. 6 A 1 80/200 = 0. 4 A 2 Bu popülasyon genetik dengeye sahip değildir ancak? Genel Kural ; Popülasyonlar incelenen lokuslar açısından 1 generasyonluk rasgele eşleşme sonrası genetik dengeye ulaşırlar. 1. 2. 3. 4. 5. Hardy – Weinberg Kanununun Çağrıştırdıkları ; Doğal bitki populasyonlarında rasgele eşleşme ancak sınırsız gelişmeye sahip açık tozlanan bitkiler için geçerlidir. Islah populasyonları hiçbir zaman doğal rasgele eşleşme şartını karşılayacak kadar büyük değildir. Kendine döllenen bitkiler için rasgele eşleşme ancak çok sıkı kontrol altında gerçekleşebilir. Doğal olarak görülmez. Islahçı tarafından yapılan pozitif veya negatif seleksiyonlar, gen frekansını değiştirir ve genetik dengeyi bozar. Dominant allel için yapılan seleksiyon, resesif allelin kaybolmasına neden olmaz. (A 1 ve A 1 A 2 aynı fenotipe sahiptir. ) Oysa resesif allel için yapılan seleksiyon, bir generasyon sonra dominant allelin yok olmasına neden olacaktır.

Bitki Islahında Gen Rekombinasyonu Kalitatif - Kantitatif Melezlemeler - Kendilemeler Gen kaynakları Modern teknolojiler

BÖLÜM 5. KROMOZOM SAYISINDAKİ VARYASYONLAR Genetik varyasyon kaynaklarındandır. Öploidi ( euploidy ) : Genom temel kromozom sayısının katlar halinde artması ( triploid, tetraploid, pentaploid v. s. ) Anöploidi ( aneuploidi ) : Temel kromozom sayısına belirli bir kromozomun eklenmesi veya çıkarılması ( nullizomik, monozomik, tetrazomik v. s. ) POLİPLOİDLİK n = Gametik kromozom sayısı X = Temel kromozom sayısı 2 n = Somatik veya diploid kromozom sayısı Poliploidler, somatik hücrelerinde (diploid sayıdan fazla olarak) temel kromozom sayısını katlar halinde bulunduran türlerdir. Bunlar, öploid bireylerdir. Arpa n = 7 , 2 n = 2 x = 14 (diploid) , x = 7 Ekmeklik buğday n = 21 , 2 n = 6 x = 42 (hekzaploid) , x = 7 Autopoliploid : Bir türün kromozom sayısının katlanmasıyla oluşur. Allopoliploid : İki veya daha fazla türün kromozomlarının bir genomda toplanmasıyla oluşur.

Hekzaploid x ü 1. 2. § § Diploid 2 x Triploid 3 x Tetraploid 4 x Pentaploid 5 x Hekzaploid 6 x AUTOPOLİPLOİDLER Spontan (tesadüfi) veya teşvik edilerek ( kolçisin v. s. ) Homolog kromozomların mayozda eşleşmemesi ve zigotta kromozom katlanmasının olması, Kromozom sayısı indirgenmemiş gametlerin birleşmesi Autoploidinin Teşviki Çevre şartlarından kaynaklanan şok veya kimyasalların normal kromozom bölünmesini engellemesi, Kolçisin İğ ipliğinin oluşumunun önlenmesi, Çimlenen tohumlara, genç fidelere, köklere, meristematik dokular veya tomurcuklara uygulanır. Hücrelerde irileşme ve koruyucu hücrelerde daha fazla kloroplast.

Autoploidlerin Karakteristik Özellikleri Sap ve yaprakların kalınlaşması ve renklerinin koyulaşması, § Köklerin daha uzun ve geniş olması, § Çiçeklerin ve tohumların daha iri olması, § Kromozom sayısı az olan diploidlerden meydana gelen autoploidlerde daha yüksek vigör ; kromozom sayısı fazla olanlarda düşük vigör görülebilir. § Fertilitede genel bir düşüş Gamet oluşumunda kromozomların dengesiz dağılımı, § § A ve a allelleri ile Diploid AA, AA Aa , aa genotipleri Eğer A Dom. İse Autotetraploid AAAA quadraplex AAAa triplex Aaaa dublex Aaaa simplex aaaa nulliplex 1 A : 0 a 1 A : 0 a 35 A : 1 a 3 A : 1 a 0 A : 1 a

Autoploidi ve Bitki Islahı § § Doğal autopoliploidler, alloploidlerden daha az sıklıkta görülür. Genelde suni yolla elde edilirler. Mısır, soyafasülyesi, keten, çavdar, domates, patates, tütün, şekerpancarı, çayır-mera bitkileri, meyveler, sebzeler ve çiçekler v. s. Bitki Islahında Autopoliploidlerin Üretim ve Kullanımı ; 1. 2. 3. Artan vejetatif büyüme ve azalan tohum üretiminden dolayı vejetatif parçaları için üretilen bitkilerde kullanılır. A 2 kromozom sayısına sahip bitkilerde daha uygundur. Diploidin performansı her zaman autoploidin performansının da iyi olacağı anlamına gelmez. Fazla sayıda diploidin kromozom sayısının katlanması, başarıyı arttırabilir. Yüksek rekombinasyon ihtimalinden ötürü yabancı tozlanan bitkilerde başarı daha yüksektir. Örnekler ; § § Kırmızı üçgül 2 n = 4 x = 28 Şekerpancarı ( triploid veya tetraploid), turp türleri, yem pancarı, çavdar, Çayır-mera buğdaygil yembitkileri, bazı elma cinsleri (triploid), Çekirdeksiz karpuz ( triploid)

ALLOPOLİPLOİDLER İki veya daha fazla türün genomlarının kombinasyonu ü Diploid A türü B türü AA x BB 2 n = 2 x AA 2 n = 2 x F 1 AB F 1 hibriti Kromozom katlaması AAAA Autotetraploid 2 n = 4 x (amphidiploid) Kromozom katlaması Allotetraploid 2 n = 4 x AABB Allotetraploid (amphidiploid)

ü ü ü Doğal alloploidler yüksek vigör ve fertiliteye sahiptirler. Autoploidler için geçerli olan 3 madde, alloploidler için de geçerlidir. Doğal alloploidler Buğday, yulaf, pamuk, tütün, şekerkamışı, hardal Örnek : Brassica spp. Brassica campestris ( Turp) 2 n = 20 (AA) B. Juncea (Kıvırcık hardal) 2 n = 36 (AABB) B. Nigra (Kara hardal) 2 n = 16 (BB) ü B. Napus (Kolza) 2 n = 38 (AACC) B. Carinata(Abyssinya hardalı) 2 n = 34 (BBCC) B. Oleracea (Lahana) 2 n = 18 (CC) Suni olarak alloploidin teşviki, F 1 hibritinde kromozom katlaması yoluyla gerçekleştirilir.

Homolog Kromozomlar ; Farklı genomlardan gelen benzer birçok gene ( veya karaktere ) sahip olan kromozomlardır. ( Buğdayda 1 A , 1 B , 1 D kromozomları gibi) § Triticum monococcum 2 n = 14 (AA) X Aegilops speltoides 2 n = 14 (BB) Embriyo kültürü F 1 (2 n = 14 , AB , kısır) dihaploid Kromozom katlaması (kolçisin) F 1 (2 n = 28 , AABB , fertil) Amfidiploid

Allopoliploidlerin Özellikleri ve Islahta Kullanımları Ø Autopoliploidlerdekine benzer vejetatif değişiklikler, Daha az karmaşık bir genetik kalıtım. Her genom kendi içinde bağımsız bir mayoz geçireceğinden, diploid kalıtımın özelliklerine sahiptirler. Ø Ø Resesif karakterler diploidlere nazaran daha az sıklıkta elde edilir. Aynı şey, öldürücü resesif mutasyonlar için de geçerlidir. Islahta Kullanımları ; 1. Poliploid bitki türlerinin genetik orjinlerinin tanımlanması, 2. Akraba türler arasında gen transferinde köprü vazifesi 3. Kromozom substitüsyon, adisyon veya kayıplarını mümkün kılması.

ANÖPLOİDLİK Haploid kromozom komplementinin tamsayı katlarından farklı kromozom sayısına sahip bireyler anöploid olarak tanımlanır. ü Örnek : Makarnalık buğday 2 n = 4 x = 28 Haploid kromozom sayısı n = 14 Anöploidlerin 2 n = 27 veya 2 n = 29 olduğunu kabul etsek ; 27 = 2 x n-1 1 adet kromozomu eksik 29 = 2 x n+1 1 adet kromozomu fazla ü Mitoz veya çoğunlukla mayoz bölünmedeki dengesizliklerden kaynaklanır. Bitkilerde en yaygın karşılan anöploidlik çeşitleri ; ü Nulizomik (2 n-2) = Bir çift kromozomu eksik olan diploid organizma ü Monozomik (2 n-1) = Tek bir kromozomu eksik olan diploid organizma ü Trizomik (2 n+1) = Tek bir kromozomu fazla olan diploid organizma ü Tetrazomik = (2 n+2) = Bir çift kromozomu fazla olan diploid organizma Anöploid bireylerde bu duruma neden olan kromozomlar ise ; nulizom, monozom, trizom veya tetrazom olarak adlandırılır.

Kullanıldıkları Alanlar ; l l l Belli bir genin hangi kromozom üzerinde olduğunun bulunması, Belli bir kromozomun bir çeşit içine substitüsyonu, Kromozom eklenmesi veya çıkarılması işleminin yapılması, Moleküler genetik haritaların hazırlığında kullanılması Spesifik bir genin fenotip üzerindeki etkisinin ölçülmesi. Genetik analizde en fazla kullanılan anöploidler; Trizomikler, monozomikler ve nulizomiklerdir. Ø Poliploid bitkiler ve özellikle allopoliploidler, her türli anöploid çeşitlerini tolere edebilirken, diploid organizmalar ancak trizomik durumu tolere edebilirler. Ø Trizomikler ; Ø Arpa, mısır, sorgum, domates ve diğer diploid bitki türlerinde linkage (bağlantı) gruplarının saptanmasında kullanılırlar. Ø Her bir kromozom çifti için, bir trizomik seti oluşturulur. Genin test edileceği birey trizomik seti oluşturan bütün bitkilerle melezlenerek, diploid açılımdan sapma gösteren trizom geni taşıyan kromozom olarak tespit edilir. Ø

Monozomikler ; Ø Ø Ø 1. 2. Poliploid türlerde oluşturulabilirler. Çünkü kaybedilen kromozomun taşıdığı genler, diğer genomlardaki homoeolog kromozomlardaki genler tarafından dengelenebilirler. Buğdayın her bir 21 kromozomu için monozomik seti oluşturulmuştur ve buğdayın genetik analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Monozomikler ; Poliploid türlerde belli bir kromozom üzerindeki genlerin belirlenmesinde, Belli bir poliploid türe spesifik bazı genleri taşıyan kromozomları diğer çeşitlerden veya yabani akraba türlerden aktarmada ( substitüsyonda ) kullanılırlar. Nullizomikler ; Ø Ø Normal kromozom sayısından bir çift kromozomu eksik olan bitkilerdir. Genellikle hekzaploidlerde tolere edilirler. Spesifik genleri belirli kromozomlarla ilgilendirmede kullanılırlar. Monozomiklere nazaran daha seyrek kullanılırlar.

HAPLOİDLİK VE HAPLOİDLERİN KULLANIMI ü ü ü § § § 1. 2. 3. 4. 5. 6. Gametik kromozom sayısına sahip olma durumu n sayıda kromozoma sahip olma durumu Monoploid : Diploid türlerden üretilen haploidler 1 genom içerirler. Polihaploid : Polihaploid türlerden üretilen haploidler 2 veya daha fazla genom içerirler. Bunlar ; Fenotipik olarak normal bitkilere nazaran daha küçüktürler. Kromozomları sayılarak saptanırlar. Haploid bitkilerin kromozomları katlanarak oluşturulan bitkilere duble haploid veya katlanmış haploid adı verilir. Kullanımları ; Tamamen (%100) homozigot bitki üretmede, Mutasyon çalışmalarında, özellikle resesif mutasyonları sadece bir generasyonda homozigotlaştırarak gözlemlemede, Genetik açılım için belli bir genotipe sahip bireyleri oluşturmak için daha küçük bir popülasyona ihtiyaç duyulur. Poliploidlerin sitogenetik çalışmalarında, Poliploidlerden diploid akrabalarına gen transferinde, Uyuşmazlık allellerine sahip türlerde duble haploidler, homozigot allele sahip bireylerin üretilmesinde kullanılırlar.

HAPLOİD ÜRETME TEKNİKLERİ 1. Doğal Olarak Oluşan Haploid Bitkilerin Tanımlanması ve Diploid hale getirilmesi ; Döllenmemiş bir yumurtanın embriyo halinde gelişmesi sonucu oluşur. (Partenogenesis) Mısırda her 1000 taneden birinin haploid olabileceği kabul edilir. Haploid bitkiler, normal olarak büyürler. Ancak, kromozom katlaması yapılması durumunda yalnızca 1/10 ‘u doğal yolla kendine döllenir. 2. Kromozom Eleminasyonu Yöntemi ; Arpa ve buğdayda sıkça kullanılır. Kültür arpası (Hordeum vulgare); Yabani yumrulu arpa ( H. Bulbosum) Buğday ; mısır veya H. Bulbosum ile melezlenir. H. Vulgare x H. Bulbosum 2 n = 2 x = 14 F 1’ de gelişmekte olan embriyoda bulbosum kromozomları elemine edilir ve sadece vulgare kromozomları kaldığından n = 7 ( haploid ) olur. F 1’ de embriyo kültürü uygulanarak fide oluşumu sağlanır.

x H. vulgare H. bulbosum gametler n=x=7 Bulbosum kromozomu Elemine edilir. Zigot F 1 2 n = 2 x = 14 vulgare kromozomuna Sahip embriyo n=7 H. Vulgare Haploid bitkicik n=x=7 Kolçisin çözeltisi Besi ortamı Kromozom Katlaması Duble (katlanmış) haploid (DH) H. Vulgare 2 n = 2 x = 14 (%100 homozigot)

A Çeşidi x B Çeşidi F 1 x H. bulbosum 3. Ø Ø 4. Ø Ø İşlemi sonucu üretilen duble haploid bitkilerin Homozigotluk durumları ? Genetik benzerlik durumu ? Pamukta Semigami : Semigami, anormal bir döllenme şeklidir. Erkek gamet ( polen) bir yumurtayı döller ancak yumurtanın çekirdeği ile birleşmez. Böylece embriyo hem erkek hem dişi dokulara sahip olur. Spesifik Pima pamuğu dublehaploidleri, normal pamuk ile melezlendiğinde bu tip haploid bitkiler oluşabilir. Anter Kültürü : Anter veya polenlerden haploid bitki eldesidir. Tütün, çeltik, buğday, yonca, arpa, tritikale, patates ve diğer birçok türlerde yaygın olarak kullanılır. A Çeşidi x B Çeşidi F 1 Anter kültürü Haploid bitkiler Kromozom katlaması Duble haploid bitkiler

7. BÖLÜM DÖLDARLIĞI İDARE EDEN MEKANİZMALAR VE ISLAHTA KULLANIMI Kendine veya yabancı döllenen bitkilerde tohum oluşturma, Ø Türler arası melezlemeler, Ø Kısırlık, eşeysel üreme sistemindeki düzensizliklerden kaynaklanan bütün döldarlık sorunlarını kapsamaktadır. Ø v Anormal veya eksik üreme organı gelişimi, v Stamen veya pistilin anormal oluşumu, v Polenin kusurlu oluşu veya yumurtalığın atılması, Polenin canlı olmasına rağmen çimlenme sonrası fonksiyonelliğini kaybetmesi, v v Polen tüpünün stigmatik yüzeyi geçememesi, Polen tüpü gelişiminin yavaşlatılması sonucu, spermin yumurta hücresine ulaşamaması, v v Döllenmenin gerçekleşmesine rağmen endospermin gelişemeyerek atılması.

UYUŞMAZLIK Ø § § Ø Ø Normal polen ve yumurtalığa sahip bitkilerin bazı fizyolojik engeller nedeniyle tohum oluşturamamasıdır. Polen tüpünün stigmaya penetre olamaması, Polen tüpünün çok yavaş büyümesi. Uyuşmazlık, kendine döllenmeyi kısıtlarken , yabancı döllenmeyi teşvik eder. Yaklaşık 3000 türde uyuşmazlık olduğu hesaplanmıştır. ( Üçgül türleri, yonca, çayır yumağı, çavdar, şekerpancarı, ayçiçeği, darı, tütün, patates v. s. ) Uyuşmazlık Sistemleri : 1. Gametofitik 2. Sporofitik 1. Gametofitik Uyuşmalık : Polen tüpünün büyümesi bir multiple allel serisi ( S 1, S 2, S 3. . ) tarafından kontrol edilmektedir.

Polen haploid tek allel Stil diploid iki allel q 3 İhtimal A, B, C S 1 S 2 A S 1 S 2 x S 1 S 2 S 1 S 3 S 1 S 2 S 3 B S 1 S 2 x S 1 S 3 S 4 S 1 S 3 S 1 S 2 S 3 C S 1 S 2 x S 1 S 4

ü Homozigot genotip (S 1 S 1, S 2 S 2. . . ) oluşamaz. Bazen uyuşmaz bitkilerde tohum oluşumu görülebilir. Buna; yalancı uyuşma adı verilir. ü Ø Ø Ø Çevre faktörleri (sıcaklık), Mutasyon, Modifiye edici genler, Kendine döldarlık allelleri (Sf), Poliploidi (ak üçgül) Uyuşmazlık allel sayısı çok geniş olabilir. Böylece yabancı tozlaşma rahatça gerçekleşir. ü v Kırmızı üçgül 41 allel Ak üçgül 64 allel ü Buğdaygillerde iki farklı lokusta uyuşmazlık allelleri (S ve Z) bulunur. v S ve Z lokuslarından birisinde allelik farklılık olursa, döllenme gerçekleşir. Döldarlık oranı artar. ü ü Şekerpancarında 4 lokuslu (S, Z, X, Y) bir sistem vardır.

2. Sporofitik Uyuşmazlık : Çok sayıda S alleline sahip 1 lokuslu sistemdir. FARKI ; S allelleri arasında dominanslık ilişkisi vardır. S 1 S 2 S 1, S 2 ‘ ye dominant ise S 1 stiline uyuşmaz. S 2 stili ile uyuşumlu ü ü ü Uyuşmazlık stigma yüzeyinde bulunur, oysa gametofitik uyuşmazlıkta engel, stil içerisinde polen tüpünün büyümesi ile ilgilidir. Diğer bir fark, homozigot genotipin (S 1 S 1, S 2 S 2. . . ) oluşabilmesidir. Sporofitik uyuşmazlık çeşitli yollarla aşılabilir ; e) Tomurcuk tozlaması ( Olgunlaşmamış stigmanın tozlanması ), Stigma yüzeyinin çizilmesi, Budama, Elektrik şoku, CO 2 oranının yükseltilmesi. ü İki çeşide ayrılır ; 1) Homomorfik (Benzer çiçeklenme yapısı) Heteromorfik (Farklı çiçeklenme yapısı) a) b) c) d) 2)

Uyuşmazlığın Bitki Islahında Kullanılışı Hibrit çeşit üretimi (Özellikle erkısırlığı yoksa) 1) Vejetatif olarak çoğaltılan kendine uyuşmaz olan klonların karşılıklı tozlanması. § bahiagrass’ ta “Tifhi” hibritinin üretimi, § Gametofitik uyuşmazlık için uygundur. 2) Tek , Çift ve Üçlü Melez üretimi. § Brassica sp. ‘ de kullanılmaktadır. § Sporofitik uyuşmazlık için uygundur. § Homozigot genotipli inbred hatlar kullanılmaktadır. § İnbredler, tomurcuk tozlaması yöntemi ile korunmaktadırlar. A inbredi x B inbredi S 1 S 1 S 2 S 2 A x B S 1 S 2 x S 2 S 2 S 3 S 3 x S 4 S 4 (F 1) S 1 S 2 x (F 1) S 3 S 4 (F 1) S 1 S 2 S 1 S 3, S 1 S 4, S 2 S 3 Tek melez Çift melezler A x B S 1 S 1 x S 2 S 2 S 4 S 4 x S 5 S 5 S 1 S 2 x S 3 S 3 S 4 S 5 x S 6 S 6 S 1 S 3 x S 2 S 3 x S 4 S 6 x S 5 S 6 Üçlü melezler

3) Sf allellerinin ve Yalancı-uyuşmanın Kullanımı ; v Şekerpancarı ve kırmızı üçgül Gametofitik tipler için geçerlidir. Yüksek rakımda yalancı-uyuşma oluşabilmektedir, veya mutasyon olabilmektedir. v v ERKEK (Er) KISIRLIĞI Ø Ø 1. 2. Bitkilerin fonksiyonel anter veya polen üretememesi, erkek kısırlığı olarak isimlendirilir. Fonksiyonel yumurtalık veya yumurta hücresi üretememek ise, dişi kısırlığıdır. Er-kısırlığı kontrolünün daha kolay olması ve daha kalıcı oluşundan ötürü, bitki ıslahında en fazla kullanılır. Genetik kontrole bağlı olarak ; Genetik er-kısırlığı (GEK) Sitoplaznik er-kısırlığı (SEK)

1. Genetik Er-kısırlığı Normal anter ve polen gelişimini engelleyen nükleer genler tarafından kontrol edilir. Ø Bir genin etkinliği tohum oluşturma oranı ile ölçülür. Ø Çevre faktörleri de genin etkisini değiştirebilir. Ø Er-kısırlığı, çoğunlukla bir çift resesif allel tarafından sağlanır (ms ms) Ø Dominant alleller (Ms. Ms veya Msms) normal anter ve polen oluşturur. Ø %100 homozigot (safhat) er-kısır popülasyon oluşturulamaz. Ø Ms allelleri heterezigotlar sayesinde generasyonlar boyunca korunurlar, ancak sürekli er-kısır bitkilerin tohumları hasat edilerek ekilmelidir. Ø msms x Msms Ms. Ms Arpa, mısır, pamuk, keten, darı, patates, Çeltik, sorgum, soya F 1 F 2 %25 msms x tütün, buğday v. s. F 3 % 33 msms x %66 Msms F 4 % 50 msms x % 50 Msms F 5 % 50 msms x %50 Msms %25 Ms. Ms %50 Msms

Genetik Er-Kısırlığının Bitki Islahında Kullanımı 1. 2. 3. Melezlemelerde emaskulasyon işleminin elemine edilmesi, Kendine döllenen bitkilerde doğal yabancı tozlaşmanın artması, Ticari hibrit tohum üretiminin sağlanması. 2. Sitoplazmik Er-Kısırlığı Ø Ø Ø Sitoplazma tarafından kontrol edilir. Ancak kromozomlarda bulunan genler de etkileyebilir. Kısır sitoplazma (S veya cms) normal sitoplazma (N) Kısır sitoplazma genellikle yabancı bir sitoplazma içine nükleer kromozomlar aktarımıyla elde edilir. Örnek : Sorgumda sitoplazmik er-kısırlığı “milo” milo sitoplazmasına “kafir” kafir kromozomlarının transferiyle elde edilmiştir. Milo x Kafir ( tüm kafir kromozomları aktarılana kadar geri melezleme )

Sitoplazma yumurta ile transfer edildiğinden, sitoplazmik er-kısırlığı ana bitki tarafından sağlanır. Ø Darılarda sitoplazmik er-kısırlığı tohumlar metamisin ve streptomisin antibiyotik çözeltilerine daldırılarak ta sağlanabilir. Ø SEK aktivasyonu fertiliteyi restore eden genlerin değiştirilebilir. Ø Ø (rf) etkisiyle Eğer dominant Rf geni varsa, SEK çalışmaz. Genelde SEK ‘e sahip bitki, dişi anaç ; Rf genine sahip bitki erkek anaç olarak kullanılır. Ø Fertilite – restorasyon genleri buğday, mısır ve ayçiçeğinde “Rf”; soğan, sorgum ve darı’ da ise “Ms” sembolüyle gösterilir. Ø