Závěrečná zpráva grantu 110/1998/B-BIO/PřF

Název projektu:Fotosyntetické charakteristiky thylakoidních membrán inbrední a hybridní kukuřice a jejich role při genet. determinaci vysokého fotosyntet. potenciálu
Hlavní řešitel:RNDr. Dana Holá, PhD.
Spoluřešitelé: RNDr. Marie Kočová, CSc.; Mgr. Miromila Körnerová; Mgr. Anna Vičánková; Šárka Adámková; Bc. Renáta Pechová; Klára Bajerová; Kateřina Langrová; Hana Ždánská
Období řešení:1998-2000
Celková dotace:170 tis. Kč

Souhrn výsledků

      Tento projekt byl zaměřen na studium genetické podstaty vnitrodruhové proměnlivosti v některých strukturních a funkčních charakteristikách thylakoidních membrán chloroplastů. V letech 1998 - 2000 byl proveden detailní rozbor genetických mechanismů, uplatňujících se při determinaci heterózního efektu vykazovaného v těchto charakteristikách F1 kříženci kukuřice, pěstovanými v polních, přirozených podmínkách a v podmínkách systémů s fyziologickou zátěží (nízká teplota, vodní deficit). Výchozím materiálem pro genetickou analýzu fotosyntetických charakteristik listů bylo pět hybridních kombinací, tvořených inbredními rodičovskými liniemi (CE777, 2013, 2023, CE704 nebo CE810) a jejich kříženci F1, F2, B1 a B2 generací. Analyzována byla i možnost predikce heteróze v F1 generaci pomocí komplementace směsí rodičovských chloroplastů in vitro, a stanoveny byly rovněž vzájemné vztahy mezi hodnocenými charakteristikami.
     Genetická analýza aktivity fotosystému 1 a 2, obsahu fotosyntetických pigmentů (chlorofylů a karotenoidů) a obsahu světlosběrných komplexů thylakoidních membrán odhalila ve všech případech existenci statisticky průkazných rozdílů mezi genotypy a většinou také rozdílů mezi jednotlivými pokusnými dny či způsoby ovlivnění. Použití speciálních kvantitativně genetických modelů umožnilo dále rozdělit genetickou část vnitrodruhové proměnlivosti na její dílčí složky. Tento rozbor ukázal na značný význam aditivních i neaditivních genetických efektů při genetické determinaci funkčních i strukturních fotosyntetických charakteristik a v řadě případů umožnil odhalit pravděpodobné genetické příčiny pozitivního heterózního efektu, zaznamenaného v těchto charakteristikách. Heteróze v F1 generaci byla podmíněna zejména pozitivní úplnou dominancí až superdominancí, při jejím vzniku se však uplatňovaly také další genetické efekty, jako např. dvoulokusové nealelické interakce typu epistáze. Ukázalo se rovněž, že u určitých hybridních kombinací kukuřice mohou významnou úlohu při determinaci vnitrodruhové variability ve fotosyntetických charakteristikách hrát i maternální genetické efekty.
     Heterózní efekt ve fotosyntetických charakteristikách thylakoidních membrán se obvykle zvyšoval u rostlin pěstovaných v systémech s fyziologickou zátěží, kde bylo zjištěno, že různé genotypy reagují na změněné podmínky vnějšího prostředí různým způsobem. Ve stresových podmínkách se měnil projev genetických mechanismů uplatňujících se v dědičnosti fotosyntetických charakteristik (často docházelo k zvýraznění dominantního vlivu nebo k projevu jiných genetických efektů), což se projevilo rovněž ve změně projevu heteróze. Zjistili jsme, že F1 kříženci jsou obvykle méně citliví k působení stresových faktorů a jsou schopní lepší a rychlejší aklimatizace v nepříznivých podmínkách prostředí a rychlejší obnovy původní účinnosti fotosyntetických procesů po návratu do optimálních podmínek pěstování. To odpovídá i původním předpokladům o lepší přizpůsobivosti hybridního organizmu jako jedné z příčin heterózního efektu.
     V souvislosti se studiem projevu heteróze ve fotosyntetických charakteristikách byla rovněž prokázána možnost simulace tohoto efektu pomocí komplementace směsí chloroplastů in vitro. Tento jev se projevuje vyšší aktivitou, vykazovanou směsí organel obou výchozích rodičovských komponent ve srovnání s průměrem jejich aktivit a odpovídající aktivitě F1 kříženců, vykazujících heterózní efekt. V praxi by tedy mohl sloužit jako snadný, rychlý a finančně nenáročný test pro výběr vhodných rodičovských linií s ohledem na projev heteróze v F1 generaci.