A kajszi önmeddőségét meghatározó S-allél-rendszer molekuláris háttere

Kivonat, rövid leírás

Dolgozatomban a kajszi (Prunus armeniaca L.) termékenyülési viszonyait irányító S-lókusz átfogó molekuláris szintű vizsgálatát végeztem el. Eredményeim az alábbiakban foglalhatók össze: Nem egyensúlyi izoelektromos fókuszálási protokollokat adaptáltunk és új protokollokat (NEpHGE I-III) dolgoztunk ki, melyekkel 12 kajszifajta teljes és 11 fajta részleges S-genotípusát tudtuk meghatározni. Meghatároztuk 16 különböző S-allél által kódolt ribonukleáz (S-RN-áz) enzim izoelektromos pontját. Kimutattuk, hogy a cseresznye konzervatív régiókra tervezett, az 1. intronrégiót amplifikáló PCR-primerekkel 16 allél közül 10, a 2. intronrégiót amplifikálókkal 11 allél kimutatására van lehetőség. Ez a közel 70 %-os hatékonyság jól tükrözi, hogy a Prunoideae alcsalád fajainak S-RN-ázt kódoló DNS-szekvenciái nagymértékben konzervatívak. Egy, 22 Prunus faj S-RN-áz szekvenciája alapján tervezett degenerált primerpárral a kilenc, NEpHGE és cseresznyeprimerek alapján azonosított allélon (S8–S16) kívül további 4 új allél (S17–S20) azonosítása vált lehetővé tizennégy országból, 4 ökoföldrajzi csoportból származó 74 kajszi genotípusban. A 13 korábban nem ismert S- ribonukleáz gén jellemző intronméreteit meghatároztuk. A vizsgált fajtákban az S8-allél 19, az S2-allél 12, az S1-allél 4, az S9-allél 4, az S13-allél 3, az S10-, S11- és S20-allélok 2-2, az S12- és S14-19-allélok egy-egy fajtában fordultak elő. Elsőként alkalmaztuk kajszi S-genotípusok meghatározására az 1. intronrégiót amplifikáló, fluoreszcens primerekkel kapott fragmentumok automata szekvenátorral végzett pontos méretmeghatározását. Hét S-RN-áz allél (SC; S8; S9; S11; S13; S15; S16) cDNS-ét, továbbá hat allél (SC; S8; S9; S11; S13; S20) első intronrégióját, illetve nyolc allél (S9; S10; S12; S13; S15; S17; S18; S20) második intronrégióját klónoztuk és DNS-szekvenciájukat meghatároztuk. A szekvenciákat benyújtottuk az NCBI nemzetközi adatbázisba. Más Prunus S-RN-áz, Maloideae S-RN-áz, ún. nem S-specifikus RN-áz és egy gomba T2-típusú RN-áz szekvenciák használatával filogenetikai analízist végeztünk, mely tovább igazolta a Prunoideae és Maloideae alcsaládok S-RN-ázainak különbözőségét és Rosaceae allélok transz-specifikus evolúcióját. Meghatároztuk 51 gazdaságilag jelentős fajta és értékes nemesítési alapanyagként használt hibrid, ezen belül a Magyarkajszi (SCS8) és Óriás fajtacsoportok (S8S9) teljes S-genotípusát. Molekuláris és termékenyülési vizsgálatokkal tisztáztuk 21 ismeretlen vagy vitatott termékenyülési fenotípusú fajta öntermékenyülési képességét, továbbá 19 fajta teljes és 2 fajta részleges S-allél-összetételét. Vizsgálataink eredményeit a szakirodalmi adatokkal összesítve elkészítettük a kajszifajták kölcsönös termékenyülési viszonyait szemléltető táblázatot, mely 67 fajtát sorol 3 inter-inkompatibilitási csoportba illetve az univerzális pollenadók csoportjába. Munkánk jelentős eredménye, hogy az első inkompatibilitási csoportot két fajtával bővítettük, továbbá a régebbről ismert két inkompatibilitási csoport mellett meghatároztunk egy új (III.) inkompatibilitási csoportot, mely két fajtából áll. Ez a fajtatáblázat genetikai információs adatbázisaként közvetlen segítséget adhat önmeddő fajtákból létesítendő ültetvények tervezéséhez és a keresztezéses nemesítés szülővonalainak kiválasztásához. Irányított tesztkeresztezést követő gyümölcskötődési és pollentömlő-növekedési vizsgálatokkal és molekuláris módszerekkel kétséget kizáróan igazoltuk, hogy a kajszifajták öntermékenyülését a pollenkomponensgénben bekövetkezett inszerciós mutáció okozza. A világon elsőként izoláltuk és jellemeztük az öntermékenyülésért felelős allél (SFB8) nem mutáns, funkcióképes változatát magyar fajtákból. A kajszi pollenkomponensgénjét amplifikáló konszenzus primereket terveztünk (AprSFB-F1/R), melyek könnyen és gyorsan alkalmazható, ugyanakkor megbízható rutineljárást kínálnak a nemesítők számára az öntermékenyülő hibridek korai szelekciójára. Ráadásul a primerek a homo- és heterozióta genotípusok kimutatását is lehetővé teszik. Az általunk tervezett primerek használhatóságát 35 fajta S-genotípus-vizsgálatával támasztottuk alá, melyek közül 32 fajta pontos genotípusának meghatározása csak e primerekkel volt lehetséges. Számos, különböző eredetű kajszifajta vizsgálata révén azt a hipotézist fogalmaztuk meg, hogy a faj kultúrevolúciójának egyik legjelentősebb eseménye, az öntermékenyülési képesség kialakulása valahol a közép-ázsiai régió környékén következhetett be. Vizsgálataink kimutatták, hogy Eurázsiában nyugatról keleti irányban haladva egyre növekvő alléldiverzitás tapasztalható, mely legnagyobb értékét a közép-ázsiai térségben, illetve Kínában, a kajszi géncentrumában éri el. Kimutatható volt továbbá, hogy a közép-ázsiai génforrásból merítő nemesítési programok (pl. Magyarország, USA) segíthetnek a korlátozott variabilitású európai kajszifajtakör változékonyságának növelésében. Az önmeddő genotípusok megjelenésére azonban számítani kell, így dolgozatom eredményei és a kidolgozott technikák a jövőben egyre fontosabbá válhatnak a termesztők és nemesítők számára.