Klasické metody
šlechtění
Základní šlechtitelské pojmy
 Záměrně pěstovaný porost
 Vyznačuje se a odlišuje od jiné odrůdy závažnými
morfologickými, fyziologickými, cytologickými,
chemickými, hospodářskými nebo jinými znaky a
vlastnostmi. Množením se vlastnosti zachovávají.
 Výsledek záměrné šlechtitelské práce, odpovídá
konkrétnímu šlechtitelskému cíli.
 Úředně registrována, množení a prodej se řídí
zákonnými předpisy.
 Uvedena v katalogu odrůd.
Odrůda (kultivar)
Čisté linie
 Produkty opakovaného selfování jednotlivých
rostlin.
 Genotypy, které jsou základem odrůdy
samosprašného druhu.
 Homogenní a homozygotní
 Udržovány selfováním.
 Přímé využití farmáři.
Inbrední linie
 Vznikly vynuceným selfováním (ne přirozeným)
cizosprašných rostlin.
 Na rozdíl čistých linií jsou uchovávány uměle.
 Genotypy, které byly vytvořeny jako rodičovské
k dalšímu využití - tvorba hybridních odrůd a
syntetických odrůd ve šlechtění cizosprašných
druhů.
 Nejsou určeny k bezprostřednímu využití
farmáři.
 Homogenní a homozygotní jako čisté linie.
Klon
 Nepohlavním způsobem vzniklé potomstvo.
 Identické kopie jednoho genotypu.
 Fenotypově homogenní.
 Vysoce heterozygotní.
 Bezprostřední generativní, tedy pohlavní cestou
vzniklé potomstvo daného jedince, tzv. kmenové
matky.
 Cizosprašné druhy.
 Heterozygotnost, směs různých genotypů.
Kmen
Populace
 Soubor vzájemně se křížících jedinců se
společným souhrnem genetických informací –
genů.
Ekotyp
 Populace rostlinného druh, která se pěstuje nebo
vyskytuje v určité oblasti.
 Různé ekotypy v rámci druhu se liší.
 Vznikají vlivem vyhraněných podmínek
prostředí.
 Jsou zdrojem specializovaných výchozích forem,
důležitou součástí výchozího šlechtitelského
materiálu.
Typy odrůd
 Odrůdy čistých linií
U druhů vysoce samosprašných.
Homogenita a homozygotnost - dosaženo
řadou samosprášení.
Obvyklé využití jako rodičů při tvorbě dalších
odrůd jiného typu.
Úzký genetický základ.
Vhodné do oblastí, kde je uniformita předností.
Linie šlechtitel různě míchá.
Plasticita.
 Odrůdy z volného sprášení
U cizosprašných druhů (žito, jeteloviny)
Populace geneticky heterozygotních rostlin
Vzájemně se kříží.
Široký genetický základ.
Geneticky heterogenní.
Existují dva typy odrůd:
- vytvořené rekurentní (opakovanou selekcí)
- vytvořené záměrným kombinováním klonů.
 Hybridní odrůdy - vytvořeny křížením
inbredních linií. Cílem je dosažení heteroze.
 Odrůdy z klonů - sestávají z rostlin identického
genotypu, homogenní, geneticky vysoce
heterozygotní.
 Odrůdy z apomiktů
Potomstvo geneticky identické s matkou.
Vytrvalé pícní trávy.
 Víceliniové odrůdy
Samosprašné druhy.
Směs izolinií – navzájem se liší v jednom genu.
Tvorba zpětným křížením F1 s donorovým
rodičem.
 Krajová odrůda
Není výsledkem šlechtění, ale dlouhodobým
pěstováním v kultuře v určitých klimatických a
půdních podmínkách.
Heterogenní populace.
Význam – výchozí šlechtitelský materiál.
Genetická struktura odrůd
 Homozygotní a homogenní odrůdy
Samosprašné druhy
 Heterozygotní a homogenní odrůdy
Cizosprašné druhy
 Heterozygotní a heterogenní odrůdy
Syntetické populace – pícniny
 Homozygotní a heterogenní odrůdy
Směs ekotypů, komponenty genotypově
homozygotní, dohromady velké množství
různých genotypů. Celková odrůda není
uniformní.
Klasické metody
šlechtění
Šlechtění vegetativně množených druhů
Kategorie nepohlavně množených
druhů
 Druhy s normálním kvetením a nasazením
semen
Hybridizace, rekombinace prostřednictvím meiózy,
introdukce nových genů do adaptované odrůdy.
Vegetativní množení se využívá k uchování. Výhoda
heterozygotnosti.
 Druhy s normálním kvetením a špatným
nasazením semen
Semena nespolehlivá pro rozmnožování. Možnost
hybridizace a přenosu genů do zlepšené odrůdy
zachována.
 Druhy tvořící semena apomikticky
Tvorba semen bez oplození. Tento typ
reprodukce má více než 100 druhů vytrvalých
trav.
 Druhy nekvetoucí
Druhy obligátně nepohlavně množené. Druhy
lze zlepšovat jen nepohlavní cestou. Genetická
diverzita např. mutacemi.
Genetická charakteristika šlechtění
 Genetický základ
Potomstvo z jedince množeného nepohlavně geneticky
identické a uniformní.
Rozmanitost způsobena vlivy prostředí.
 Heterozygotnost a heteroze
Citlivé k inbrední depresi.
Fixace heterózního efektu.
 Ploidie
Časté mezidruhové hybridy a vyšší ploidie.
 Chimérismus
Lokalizace somatické mutace na průřezu
stonkem se třemi cyto-histologickými vrstvami
L1, L2 a L3.
Chiméra meriklinální, periklinální a sektoriální
Vyštěpení mutantních a standardních rostlin
z chimérických vegetativně množených rostlin.
A/ mutace v L1
u meriklinální chiméry
(MV1 a MV2 generace
vegetativního množení)
B/ mutace v L1
u sektoriální chiméry
C/ mutace v L2
u meriklinální chiméry
Šlechtitelské postupy
 Výběr klonů
 Hybridizace s výběrem klonů
 Mutační šlechtění
Výběr klonů
2 cíle:
1) Uchování ozdraveného materiálu
 Skrínink genotypů
 Eliminace patogenů
- explantátové kultury a mikropropagace (meristémy)
- ošetření při vysoké teplotě 30 min až 4 hod při 43
až 57 ºC
- chemické působení
2) Tvorba odrůd
Rok 1: Tvorba klonové školky
působení patogena, výběr rezistentních klonů bez
příznaků a dalšími vhodnými znaky, sklizeň
jednotlivých rostlin
Rok 2: Pěstování potomstva z jednotlivých
vybraných klonů a hodnocení jako v r. 1, výběr
nejlepších klonů
Rok 3: Předzkoušky výkonu, výběr nejlepších klonů
Rok 4 až 6: Zkoušky výkonu v různých lokalitách,
tvorba odrůdy
Hybridizace s výběrem klonů
U druhů schopných tvořit semena
Rok 1: Křížení vybraných rodičů. Sklizeň semen F1.
Rok 2: Výsev a hodnocení rostlin F1. Výběr zdatných a
zdravých rostlin.
Rok 3: Klonování vybraných rostlin, pěstování klonových
potomstev v řadách, výběr asi 100 až 200 nejlepších rostlin
z potomstev.
Rok 4: Předzkoušky výkonu.
Rok 5 až 7: Zkoušky výkonu v různých lokalitách, tvorba
odrůdy.
Mutační šlechtění
 Mutace jsou vzácné, skrínink velkých populací
M1V2.
 Chiméry je možné redukovat pomocí adventivních
pupenů
Výhody a limity klonového šlechtění
 Sterilita nevadí, protože na tvorbě semen
nejsme závislí.
 Klony jsou homogenní, komerční produkt je
uniformní.
 Pro rychlé namnožení materiálu je využitelná
mikropropagace.
 Heterozygotnost a heteroze jsou u klonů
fixovány.
Klasické metody
šlechtění
Šlechtění samosprašných druhů
Přehled metod
 Hromadný výběr
 Výběr čistých linií
 Výběr v rodokmenech
 Šlechtění populací
 Šlechtění inbredních linií
 Šlechtění zpětným křížením
 Víceliniové šlechtění
Hromadný výběr
 Poprvé použil dánský biolog W. Johansen r. 1903.
 Nejstarší metoda šlechtění u samosprašných druhů.
 Důvodem výběru je zlepšení populace prostřednictvím zvýšení
alelových četností žádoucích genů.
 Výběr je založen na fenotypu, opakuje se jedenkrát nebo
několikrát (rekurentní hromadný výběr).
 Výběr většího počtu jedinců z dané populace a založení další
generace ze směsi jejich osiva.
 Na formování následných generací se podílejí neznámí otcové,
což nemusí mít vždy příznivý vliv.
 Rozsah zlepšení závisí na genetické rozmanitosti, která existuje
v původní populaci.
Postup
Výhody
 Rychlá, jednoduchá
 Levná
 Odrůda je fenotypově poměrně
uniformní
 Účinný u znaků s vysokou
heritabilitou a zaků recesivních
Nevýhody
 Aby byla efektivní, znak musí mít
vysokou heritabilitu
 Uniformní prostředí
 Fenotypová uniformita je menší než u
odrůd z čistých linií
 V případě dominance nejsou
heterozygoti odlišitelní od dom.
homozygotů. Bez testování potomstev
budou vybraní heterozygoti segregovat
v následující generaci (je nutné výběry
opakovat)
Výběr čistých linií
 Teorii čistých linií formuloval dánským botanik Johannsen r.
1903.
 Tvorba odrůd pro:
mechanizovanou produkci, kde je nutná uniformita (ve zrání, výšce
- kvůli umístění ekonomicky důležitých částí).
odrůda pro trh, kde je důležitý vizuální aspekt – uniformní tvar a
velikost.
odrůdy pro zpracovatelský trh – nároky na konzervárenskou kvalitu
 Uplatnění mutací v květu pro okrasné využití.
 Zlepšení nově domestikovaných plodin, které mají určitou
variabilitu.
 Metoda čistých linií je součástí jiných šlechtitelských postupů.
Postup
Výhody
 Rychlá metoda
 Laciná. Velikost zdrojové populace
může být různá v závislosti na cílech.
 Odrůdy takto vytvořené jsou lahodící
oku vzhledem k uniformitě fenotypů.
 Je možné zlepšit znaky s nízkou
heritabilitou, protože výběry jsou
založeny na výkonu potomstev.
 U čistých linií se vybere pouze ta
nejlepší linie.
Nevýhody
 Odrůda z čistých linií může být
změněna příměsí po přirozeném
křížení s jiných kultivarem nebo
mutací. Takové rostliny se odstraní.
 Úzký genetický základ, možnost
napadení a devastace v jiném
prostředí.
 Nelze vytvořit nový genotyp, zlepšení
je tak omezeno jen na výběry z dané
základní populace.
 Výsevy potomstev zabírají čas,
prostor a peníze.
Výběr v rodokmenech
 Poprvé popsána H.H. Lowem 1927.
 Široce využívaná u samosprašných i cizosprašných druhů.
Kukuřice a jiné plodiny produkované jako hybridy.
 Zásadním rozdílem mezi výběrem v rodinách a
hromadným výběrem nebo výběrem čistých linií je
začlenění hybridizace pro vytvoření rozmanitosti a
získání základní populace.
 Šlechtitel vede záznamy o předcích odrůdy- rodokmen.
Základní populace je založena křížením vybraných rodičů,
následuje práce se segregující populací. Dokumentace
umožňuje rekonstruovat rodokmen jednotlivých rostlin F2.
Postup
Výběr rodičů a křížení
Hromadná sklizeň semen; pěstování rostlin
Pěstování rostlin; výběry podle fenotypů
Pěstování potomstev v řádcích
Z nejlepších řádků vybrat 3 až 5 rostlin
Pěstování potomstev a výběry jednotlivých rostlin
Předzkoušky na výnos a výběry jednotlivých rostlin
Zkoušky výkonu ve více opakováních; více lokalit
Odrůda
Šlechtění populací
 Poprvé použil Švéd H. Nilsson-Ehle, H.V. Harlan a kol.
teoreticky objasnili a využili r. 1940 ve šlechtění
ječmene.
 Metoda zahrnuje zkoušky výkonu směsi semen F2
z výchozích křížení a odstranění celých křížení na
základě zkoušek výkonu-výnosu.
 Využití hlavně u samosprašných druhů, modifikována
může sloužit k tvorbě inbredních populací pro
cizosprašné.
Postup
 Zvýšení rozmanitosti křížením
 Nové genotypy v důsledku
rekombinace
 Zvyšování homozygotnosti
Šlechtění inbredních linií
 C.H. Gulden 1941
 H.W. Johnson a R.L. Bernard 1962 použili u sóje
 Podrobně popsal C.A. Brom 1966 a nazval ji
modifikovaná metoda kmenů.
 Znamená urychlení šlechtitelského programu rychlým
inbridingem 1 populace před tím, než se začnou
vybírat jednotlivé rostliny.
 Umožňuje pokračovat s maximálním počtem rostlin F2
až do F5. To umožňuje náhodný výběr jednoho semene
na rostlinu v prvních segregujících generacích.
 „Single seed descent“
Inbrední linie
RIL (recombinant isogenic lines)
F2 50,0%
F3 75,0%
F4 87,5%
F5 93,8%
F6 96,9%
F7 98,7%
F8 99,5%
F1
X
Křížení polymorfních
(fenotypově kontrastních)
linií
⊗ časová náročnost
⊕ vysoká homozygotnost
Šlechtění zpětným křížením
 Konvergentní šlechtění
 H.V. Harlan, M.N. Pope 1922
 Nahrazení nežádoucích genů lepšími, zachování
ostatních vlastností – adaptace, výkonnost.
 Zlepšení jednoho znaku odrůdy.
 Recipientní (rekurentní) rodič, donorový rodič.
Donorový rodič
Recipientní rodič
příjemce
Izogenní linie - izolinie
NIL near isogenic lines
⊗ časová náročnost – vytvoření F1 + 6 x BC, selekce
na daný gen (znak) v každé generaci
⊕ vysoká homozygotnost, rozdíl jen v lokusu
konkrétního genu a jeho okolí
⊕ polymorfismus (DNA) mezi NIL s vysokou
pravděpodobností souvisí s vazbou marker-gen
X
B1 B2 B7
P1 Donor
P2 Recipientní rodič
25% P1 12,5% P1 0,42% P1
Přenos dominantního znaku
 Recipientní rodič se
kříží s donorem.
 F1 se vypěstuje a kříží
opět s recipientním
rodičem. Druhý krok
se opakuje tak dlouho,
dokud recipient
nezíská žádanou
charakteristiku.
 2 až 5 cyklů i více.
Závisí to na tom, jak
snadná je exprese a
vyhodnocení znaku,
v jakém rozsahu
recipientní genotyp
chce šlechtitel získat.
Přenos recesivního znaku
Genetické vlastnosti
 Každým BC se potomstvo přibližuje recipientnímu rodiči. V BC4
je 93,75% identita s recipientem.
Genetický pokrok závisí na:
 Heritabilitě – vysoká heritabilita znaku, snadnější přenos genu BC
 Choroby – je dobré mít genetický marker pro rezistenci,
zjednodušení, nemusí se dělat fytopatologické testy.
Výhody
 Snižuje se počet testování na poli.
 Opakovatelnost.
 Konzervativní metoda, která neumožňuje rekombinaci.
 Introgrese konkrétního znaku vzdáleným křížením.
 Jak u samo- tak cizosprašných druhů.
Nevýhody
 Neefektivní pro kvant. znaky a znaky s nízkou heritabilitou.
 V přítomnosti nežádoucí vazby brání přenosu konkrétního znaku
a brání dosažení původního výnosu recesivního rodiče.
 Přenos recesivních znaků je dlouhodobější.
Víceliniové šlechtění
N.F. Jensen využit u ovsa r. 1952
Získal vytrvalejší formy vzhledem k odolnosti
k chorobám.
 Víceliniové odrůdy jsou dražší než tvorba
syntetických odrůd, protože každá
komponenta – linie se musí vyšlechtit
odděleným BC.
Vlastnosti
 Čisté linie uniformní – výška, zrání,
fotoperioda, i odolnost choroby. Jednotlivé
linie se pěstují. odděleně, míchají se v předem
určeném poměru.
 Multilinie – směs izolinií, genetická identita až
na jeden znak.
Postup – shrnutí
 Agronomicky nejlepší linie je recipientním
rodičem, zdroj odolnosti je donor.
 Řada BC – tvorba různých izolinií.
 Výsledkem jsou 2 odrůdy, které se liší
v jednom znaku. Každá izolinie se liší v genu
odolnosti – má jinou odolnost.
Klasické metody
šlechtění
Šlechtění cizosprašných druhů
Zlepšení celých populací
 Hromadná selekce
 Rekurentní selekce
 Výběry s kontrolou potomstev
 Výbery po samosprášení rostlin
 Tvorba syntetických odrůd
 Zpětné křížení
Hlediska klasifikace metod
Zlepšení
 v rámci jedné populace
 v rámci více populací
Jednotka selekce
 jednotlivé rostliny
 rodiny
Rekurentní selekce
 Metoda zpětné selekce; periodický, vracející se výběr.
 Výchozím materiálem může být heterozygotní porost,
např. volně se opylující odrůdy, syntetické odrůdy,
jednoduchý nebo dvojitý hybrid.
 Opakovaná a systematická technika, při které jsou
vybíráni z populace žádoucí jedinci a kříženi, aby
vytvořili novou populaci.
 Cílem rekurentní selekce je zlepšení výkonnosti
populace s ohledem na jeden
nebo několik znaků, tak aby
nová populace byla lepší než
původní v průměrném výkonu
a výkonu nejlepších jedinců v populaci.
1) Jednoduchá rekurentní selekce
 Podobná hromadné selekci s jednoletými nebo dvouletými
cykly.
 Nezahrnuje využití testerů, je založena na výběrech jedinců
podle fenotypů a jejich samosprášení.
 V druhém roce se získají potomstva ze samoopyleních jedinců
a na základě ZV se vyberou nejlepší potomstva.
 Ve třetím roce se kříží nejlepší potomstva ve všech možných
kombinacích. Tím se získává první zlepšená výběrová
populace a současně končí první výběrový cyklus. Ve čtvrtém
roce začíná druhý výběrový cyklus (z první zlepšené výběrové
populace), v němž se uvedený postup opakuje až do té doby,
dokud populace křížení nevykazuje žádoucí vlastnosti.
2) Rekurentní selekce na obecnou
kombinační schopnost
 Zařazují se testovací křížení pro stanovení
kombinační schopnosti jednotlivých potomstev
rostlin, která mají být křížena; polosesterská
potomstva
 Jako tester je použit materiál se širokým genetickým
základem (odrůda, populace).
 Testovací křížení jsou vyhodnocena v opakovaných
pokusech před selekcí. Rozdíly v produkci jsou
způsobeny obecnou kombinační schopností.
3) Rekurentní selekce na specifickou
kombinační schopnost
 Testerem je inbrední linie s úzkým genetickým
základem.
 Testovací křížení před selekcí. Rozdíly
v produkci jsou způsobeny specifickou
kombinační schopností.
4) Reciproká rekurentní selekce
 Využívá se jak obecné tak specifické
kombinační schopnosti.
 Zahrnuje dvě heterozygotní populace, pokud
možno různého původu.
 Každá slouží jako tester pro druhou. V obou
se provede výběr určitého počtu rostlin a jejich
samosprášení.
 Rostliny odrůdy A se kříží
s rostlinami odrůdy B a opačně.
 Semena samoopylených rostlin
se uchovávají tři roky.
 Ze semen z křížení se ve druhém
roce založí ZV. Na jejím základě
se zjišťuje, které rostliny odrůdy
A a odrůdy B dávají nejlepší
hybridy. Z uchovaného osiva
samoopylených rostlin se ve
třetím roce získávají potomstva
odrůdy A a odrůdy B odděleně.
Mezi potomstvy se provádí
křížení ve všech možných
kombinacích a pak výběr
zlepšených typů A´1 a B´1.
 Tím je první výběrový cyklus
uzavřen. Ve čtvrtém roce začíná
druhý výběrový cyklus, v němž
se uvedený postup opakuje
s novými populacemi A´1 a B´1.
Metody selekce založené na
jednotlivých rostlinách
 Hromadná selekce pro tvorbu linií se liší od té
pro zlepšování populací.
 Směřuje ke zlepšení obecné zdatnosti populace
prostřednictvím výběrů a tvorby směsí semen
nejlepších genotypů, které již existují v populaci.
Metody selekce založené na rodinách
3 kroky
 Tvorba rodin
 Vyhodnocení rodin a selekce nejlepších rodin na
základě testování potomstev
 Rekombinace vybraných rodin vytváří novou
základní populaci pro následující cyklus selekce.
Obvykle je trvání každého kroku jedna generace.
Selekce bez kontroly vlivu otcovského genotypu
Selekce plně kontrolovaných potomstev
Šlechtění založeno na samosprášení výchozích
genotypů
Šlechtění založené na testovacím křížení
Metody interpopulačního zlepšení
Tvorba syntetických odrůd
 Populace vzniklá vzájemným prokřížením komponent
(jedinců, klonů, samospravovaných linií) s dobrou
kombinační schopností (tj. schopností poskytovat po
křížení s jinými komponentami žádoucí výnosový nebo
jiný efekt).
 Pro výběr komponent byla vyvinuta metoda hromadného
křížení (polycross). Byla úspěšně využita při šlechtění
žita, trav, vojtěšky aj. umožňuje přezkoušení jakkoli
heterozygotních jedinců na jejich kombinační schopnost.
 Po dobu trvání zkoušek jsou vybraní jedinci zachováni
v původní genetické formě. To je možné buď jejich
vegetativním namnožením (klonování trav, řízkování
vojtěšky, klonování žita), nebo nuceným samosprášením
části květů vybraných rostlin.
Tvorba syntetické
populace u pícnin
Základní výběrová
školka
5 až 10 tisíc rostlin
Klonová školka
100 až 200 rostlin
20 až 25 rostlin na klon
Hromadné křížení
(polykros)
Zkoušky výkonu
Hybridizační
školka
2
3
4
Rok 1
5
Šlechtění zpětným
křížením=konvergentní šlechtění
(P1 x P2) x P1 … /(P1 x P2) x P1/ x P1 …..
 Základním problémem aplikace BC u cizosprašných je inbriding.
 Selfování cizosprašných plodin vede k inbrední depresi.
 Pro minimalizaci snížení zdatnosti použít velkou populaci.
 Vhodné pro zlepšení kvalitativních znaků determinovaných
jedním dominantním genem.
 Šlechtitel vybírá jedince s konkrétním znakem.
 Introdukce recesivní alely genu - po každém BC křížení pro
identifikaci recesivních fenotypů.
 Optimální 2 až 3 BC.