Ugrás a tartalomhoz

Növénynemesítés

Pepó Pál (2011)

Debreceni Egyetem, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Pannon Egyetem

Chapter 13. Hazai és nemzetközi génbanki tevékenységek (GÉNMEGŐRZÉS)

Chapter 13. Hazai és nemzetközi génbanki tevékenységek (GÉNMEGŐRZÉS)

Fogalma

A génmegőrzés a genetikai erőforrások védelmét jelenti. Egy adott faj genetikai erőforrásai azok a növényanyagok (természetes előfordulások), valamint mesterségesen létrehozott ültetvények és gyűjtemények, amelyek hasznos genetikai információt hordoznak, ezért védelmük ökonómiai vagy ökológiai okokból, vagy egyszerűen a faji genetikai diverzitás fenntartása miatt szükségesnek látszik.

A génmegőrzés céljai

A génmegőrzés célja a genetikai erőforrások védelme. Egy adott faj genetikai erőforrásai alatt mindazokat a növényanyagokat, azaz természetes előfordulásokat, mesterségesen létrehozott ültetvényeket és gyűjteményeket értjük, amelyek aktuálisan vagy potenciálisan hasznos genetikai információt hordoznak, ezért védelmük ökológiai vagy ökonómiai okokból, vagy egyszerűen a faji genetikai diverzitás fenntartása miatt szükségesnek látszik.

  • Gazdaságilag előnyös tulajdonságok megőrzése

    Bizonyos egyedek, populációk ilyen célú kiválasztását a pillanatnyi gazdasági érdekek és szükségletek erősen befolyásolják. A döntés tehát a múltbéli tapasztalatokon, illetve jelenkori szempontok alkalmazásán alapul. Jelen pillanatban a fajokat érintő génmegőrzés céljait eszerint értelmezzük még (tehát a legjobb magtermelő állományokat, a legszebb, kedvező termesztési-műszaki tulajdonságokkal rendelkező egyedeket stb. védjük).

  • Az alkalmazkodó képesség megőrzése

    A fajok hosszú távú fennmaradásának előfeltétele a genetikai változatosság, a diverzitás megőrzése, mivel változó környezeti feltételek mellett az alkalmazkodás csak akkor lehet eredményes, ha kellően változatos genotípusok kínálatára támaszkodhat. Emellett a diverzitás bizonyos mértékű biztosítást jelent a patogének, rovar- és más fogyasztó szervezetek túlszaporodásával és mértéktelen károsításával szemben. Adott fajon belül a tájfajták alkalmazkodó képessége a legnagyobb, így életképessége hosszútávon is biztosított.

  • A genetikai változatosság megőrzése általában

    A környezeti feltételek változása és a fajok, populációk reagálása a változó körülményekre csak nagyon kis mértékben prognosztizálható. Az előre nem látható jövőben ma ismeretlen vagy „értéktelen” tulajdonságok válhatnak fontossá. A cél ez esetben tehát a genetikai változatosság általános megőrzésére irányul, függetlenül attól, hogy ez a változatosság ismert-e illetve, hogy értékesnek minősül-e.

A génmegőrzés feladatkörét mutatja be a 15. ábra.

Figure 13.1. 15. ábra: A génmegőrzés feladatkörei

15. ábra: A génmegőrzés feladatkörei

A génmegőrzés lehetőségei és módszerei

A növényi génforrások megőrzésére különböző módszerek szolgálnak. Ezek egy része a meglévő változatosság eredeti formában történő fenntartását biztosítják („ex situ” módszerek), míg mások a változó környezeti feltételekhez történő dinamikus alkalmazkodást is lehetővé teszik.

A génmegőrzés módszerein belül két fő csoportot különítünk el, az egyik az „in situ”, ahol az eredeti termőhelyen történik a génmegőrzés és az „ex situ”, ahol az eredeti élőhelytől távol.

  • Statikus megőrzési eljárások (ex situ gyűjtemények):

    Genotípusok, esetleg populációk statikus (változatlan formában való) fenntartása a természetes élőhelytől távol, általában mesterséges feltételek között pl. tárolt mag formájában, klóngyűjteményekben; állatok esetében tenyésztő telepeken, állatkertekben stb. Az in situ génmegőrzéssel szemben hátránya, hogy kizárja a természetes evolúciós folyamatokat, és intenzív módszerek alkalmazása esetén (pl. szövettenyésztés, DNS-könyvtár) a spontán genetikai változások valószínűsége is megnövekszik.

    Az alkalmazandó megőrzési módszer eldönti, hogy pontosan mit akarunk megőrizni. Ha meghatározott egyedek (genotípusok) változatlan formában való megőrzése a cél, akkor statikus módszerekhez kell folyamodni. Ugyancsak statikus módszereket kívánnak azok a veszélyeztetett igen kis létszámú (<10-50 egyed) populációk, amelyek természet közeli módszerekkel nem őrizhetők meg, vagy létüket hirtelen fellépő, katasztrófaszerű hatások veszélyeztetik. Statikus módszerekkel tartják fenn a mezőgazdaságban előállított fajtákat és egyéb fajta jellegű növényanyagokat is. Az erre a célra szolgáló u.n. bázisgyűjtemények feladata legtöbbször nem korlátozódik a génforrások hosszú távú fenntartására, hanem magába foglalja a növényanyag felszaporítását, értékelő vizsgálatát és közreadását is. Az ilyen típusú hasznosítást is megvalósító gyűjteményeket aktív gyűjteménynek nevezik.

    a) Magbank; az egynyári mezőgazdasági növények esetében jól bevált eljárás. Előnye, hogy kis helyigényű, így aránylag olcsón üzemeltethető. A tárolt magtételek életképességétől függően, 8-10 évenként tenyészkerti utántermesztés szükséges.

    b) Klónbank; (klónarchivum, bázisültetvény, törzsgyűjtemény): lehetőséget ad a kiválasztott egyedek genetikailag változatlan megőrzésére dugvány vagy oltvány formájában, viszont hely- és költségigényes. Anyatelepszerű fenntartás esetén nincs mód érett korú (termő) egyedek nevelésére.

    c) szövet- (és pollen) bank; az alkalmazott in vitro (laboratóriumi) eljárások bér- helytakarékosak, de eszközigényük magas. A technológiai igényesség mellett zavaró külső hatásokra is érzékeny, így pl. egy hosszabb áramkimaradás évek munkáját teheti tönkre.

„ex situ” módszerek

  • Hagyományos

    • Génbanki magtárolás

    • Génbanki ültetvények: kiválasztott növényanyag (pl. klónok, törzsfák, klónfajták utódnemzedékek) megőrzésére, nemesítői megfigyelések és leíró vizsgálatok céljára alkalmas gyűjtemény (növényállomány).

    • Génbanki tenyészetek

  • Újszerű

    • Mélyfagyasztás: (mag, ivarsejt, embrió-, merisztéma- és sejtkultúrák) A mélyfagyasztás megállítja a biokémiai bomlási folyamatokat, mintegy lestoppolja az életet, majd pedig megszüntetése után tovább folytatja vegyi anyagok nélküli útját. Az élet és az életfunkciók nem képesek működni egy minimális hőmérséklet alatt. A gyorsfagyasztással lefagyasztott növényben lévő folyadék nem nagy, hanem kicsi kristályszerkezetet hoz létre, amely felolvasztáskor nem tesz kárt a növényben.

    • Liofilizálás: A liofilezés, más néven liofilizálás vagy fagyasztva szárítás tartósításra szolgáló víztelenítés. Az eljárás során először megfagyasztják a víztelenítendő anyagot, majd vákuumot idéznek elő (csökkentik a nyomást), így szakítják ki a vízmolekulákat a jégkristályból. A vízmolekulák eltávolítása hővesztéssel jár, ezért hőt közölnek a rendszerrel. A víz közvetlenül a szilárd fázisból a gáz fázisba szublimál.

    • DNS könyvtár: Egy adott szervezet teljes genetikai anyagát reprezentáló klónozott DNS fragmentumok gyűjteménye. Megkönnyíti bármilyen adott gén megkeresését és elkülönítését. A DNS könyvtárak úgy készülnek, hogy restrikciós enzimekkel és / vagy fizikai módszerekkel a genomikus DNS-t fragmensekre darabolják. Ezeket a fragmenseket klónozzák, a rekombináns fragmenseket tartalmazó gazdasejteket lecentrifugálják és lefagyasztják, illetve a fág vektorokat tenyészetben tarják fenn. A könyvtárban lévő egyedi géneket specifikus génpróbákkal a Southern blotting módszerrel, vagy a fehérjetermékeiken keresztül Western blotting használatával azonosítják. A DNS könyvtárak ily módon a géntechnológiai módszerekhez használt nyersanyagok gyűjtőhelyei. A nagy genomokat, mint amilyen az emberé is, a legkényelmesebb módon olyan vektorok használatával klónozzák, melyek nagy DNS fragmenseket képesek beépíteni magukba, ilyen például a sejttenyészetben fenntartott élesztő mesterséges kromoszóma.

  • Dinamikus génmegőrzés (in situ):

    Dinamikus módszer akkor alkalmazható, ha a populáció az eredeti (“in situ”) vagy új helyszínen fenntartható és megújítható. A dinamikus génmegőrzés nem kiválasztott egyedek (genotípusok), hanem a populáció aktuális génkészletének megőrzésére irányul. Világos, hogy ezt a stratégiát az alkalmazkodóképesség, ill. általában a genetikai változatosság megőrzése céljából alkalmazzuk. A megőrzés sohasem lehet teljes körű, egyrészt mivel a szaporodással összefüggő genetikai folyamatok jellege miatt (a szegregáció, rekombináció, mutáció és migráció révén) új genotípusok állnak elő, másrészt pedig a térben-időben változó környezet szelekciós nyomása irányítottan korlátozza az életben maradó egyedszámot. A kevésbé életképes egyedek megsemmisülése természetesen a populáció genetikai terhét csökkenti, de egyúttal a populáció génkészlete is megváltozik. A génkészletre ható szelekciós nyomás mértéke nem minden génre azonos. Elsősorban azokra hat, amelyek által meghatározott tulajdonságok a legszorosabban függenek össze a túléléssel (pl. magassági növekedés gyorsaságával). A túlélés szempontjából semleges vagy csekély jelentőségű tulajdonságokat meghatározó gének gyakoriságát véletlen folyamatok szabják meg, ennek során ritkább gének el is veszhetnek.

    „in situ” módszerek:

    • Nemzeti parkok

    • Tájvédelmi körzetek

    • Természetvédelmi területek

    • Hagyományos mg-i termelést bemutató skanzenek

    • „Open air” múzeumok

    • „On farm” fenntartás: a helyi körülményekhez alkalmazkodott tájfajták, hagyományőrző fajták eredeti termőhelyükön, termesztés útján történő fenntartása.