Sisteme de reproducere și implicațiile lor genetice în ameliorarea plantelor

Efectele selecţiei şi succesul ameliorării plantelor depinde în mod considerabil de modul de reproducere a acestora. O variabilitate genetică corespunzătoare nu poate fi creată sau exploatată în ameliorare fără existenţa reproducerii sexuate.

Majoritatea plantelor de cultură se reproduc pe cale sexuată, prin fuziunea a doi gameţi identici sau diferiţi din punct de vedere genetic, pentru a da naştere unui zigot. În funcţie de natura genetică a gameţilor vor rezulta indivizi homozigoţi sau heterozigoţi.

După modul în care are loc polenizarea şi fecundarea, speciile se împart în două grupe: autogame şi alogame. Trebuie menţionat faptul că autogamia si alogamia nu este perfectă, în natură existând specii ce manifestă şi un anumit grad de auto- sau alogamie.

În unele cazuri, speciile au scapat sexualităţii prin adaptarea unor regimuri de reproducere asexuată, sau chiar pe calea multiplicării vegetative.

I. BAZELE GENETICE ALE AMELIORĂRII PLANTELOR AUTOGAME

Speciile autogame au în general flori hermafrodite, organele sexuale ajungând în acelaş timp la maturitate (homogamie).Ele se reproduc prin autogamie naturală, adică prin unirea a doi gameţi sexuali diferiţi, dar identici genetic, formaţi pe acelas individ, cel mai adesea în aceaţi floare. Sunt considerate autogame speciile la care fecundarea straină nu depăşeşte în mod obişnuit 4%, cum sunt: grâul, orzul, orezul, inul, mazărea soia, fasolea, tutunul, tomatele ş.a. Incidenţa alogamiei la speciile autogame depinde de genotip, factorii de mediu şi interacţiunea dintre aceştia.

Mecanismele care asigură autogamia pot fi riguros fixate la speciile cleistogame, la care florile nu se deschid înaintea polenizării . În această categorie de specii, menţionăm violetele şi numeroasele specii floricole spontane deprimăvară, care emit şi flori de vară.

În numeroase cazuri, florile fără a fi cleistogame, nu se deschid decât după ce fecundaţia a fost realizată, este cazul grâului şi inului. Un alt dispozitiv floral, îl prezintă leguminoasele autogame, la care în carenă este închis pistilul, înconjurat de cele zece stamine. La tomate florile sunt aparent casmogame, adica floarea lor posedă o corolă deschisă în momentul fecundării, însă pistilul, în cursul creşterii sale trece prin tubul format din anterele sale.

Descendenţii proveniţi de la plantele autogame homozigote, sunt identici din punct de vedere genetic, toate variaţiile sunt datorate modificaţiiilor. În natură se pot întâlni rar linii pure, cultivarele autogame sunt în majoritatea cazurilor constituite dintr-un ametec de linii pure. Datorită autogamiei, ele prezintă o omogenitate şi o stabilitate mai pronunţată decât cultivarele alogame.

I a) Teoria liniilor pure

Teoria a fost elaborată de botanistul danez Johannsen în 1903, plecându-se de la supoziţia că există o variabilitate şi la plantele autogame, aparţinând aceleaşi varietăţi. Pentru a stabili acest fapt, el a aplicat metoda selecţiei individuale la cultivarul de fasole Princess. Descendeţii plantelor alese au fost diferiţi în ceea ce priveşte înălţimea, perioada de vegetaţie, marimea seminţelor şi alte caractere. Johannsen a diferenţiat 19 tipuri de plante, foarte diferite între ele numindu-le linii. Descendenţii acestor linii au fost foarte uniformi din punct de vedere genetic,capabili să transmită această uniformitate şi descendentele lor, fapt ce a facut sa fie denumite linii pure.

Johannsen a fost interesat să estimeze efectele selecţiei în cadrul unei linii pure. El a împărţit seminţele unei linii pure în trei grupe mari, mijlocii şi mici. Cele care au provenit din seminţe mari produc şi seminţe mijlocii şi mici. Acelaş lucru s-a întâmplat şi în cazul descendenţelor provenite din celelalte categorii de samanţă. Privitor la producţia de seminţe pe unitatea de suprafaţă, cele trei grupe de descendeţi au produs aproximativ aceeaşi cantitate de sămânţă. Rezultatele obţinute pe parcursul a sase ani de selecţie individuală, în cadrul unei linii pure, au arătat că nu apar diferenţe semnificative în greutatea medie a seminţelor care provin din seminţe mari sau mici. Johannsen a concluzionat că orice încercare de selecţie în cadrul unei linii pure este ineficientă.

Rezultatele sale sunt în concordanţă cu constituţia genetică a liniilor pure. O linie pură este constituită din descendenţii unei singure plante homozigote şi toţi indivizii sunt homozigoţi, având acelaşi genotip. Homozigoţia lor este rezultatul autopolenizării , a unirii gameţilor de sex opus cu alele identice din punct de vedere genetic.

Din moment ce toţi indivizii dintr-o linie pură sunt homozigoţi, neexistând o variabilitate genetică în cadrul lor, selecţia într-o linie pură va trebui sa fie inevitabil ineficientă. Variabilitatea care se observă la o linie pură se datorează efectului factorilor de mediu, selecţia putând avea efect numai dacă materialul ales posedă o variabilitate heritabilă.

Menţinerea variaţiei genetice în cadrul unei linii autogame va depinde pe lângă avantajul dat de nivelul heterozigoţiei şi de avantajul competitiv.

Se poate concluziona că selecţia aplicată într-o singură varietate a unei specii autogame (grâu, orz, soia) va fi eficientă numai în cazul în care varietatea nu este constituită dintr-o linie pură ci câteva linii diferite în unele caractere.