Lukio: Kasvinjalostus

Johdanto

Tämä on Geenivaraoppi-hankkeen oppimateriaalin tehtäväsivut lukiolaisille. Materiaalia voi käyttää eri tavoin.

  1. Opettaja voi opettaa materiaalin avulla perinnöllisyystieteen perusasioita ja erityisesti bioteknologiaan liittyviä asioita.
  2. Opiskelijan voi ohjata materiaalin käyttäjäksi ja hän voi tehdä tehtävät itsenäisesti.
  3. Materiaalia voi käyttää ryhmätyöaineistona.
  4. Materiaalia voi käyttää lukion uuden opetussuunnitelman aihekokonaisuuksien ja teemaopintojen opettamisen kurssipohjana.

Työn tekemisen askeleet:

  1. Voit ensin opiskella kasvinjalostuksen perusteita (alla) ja tehdä siihen liittyvät tehtävät.

  2. Siirry sen jälkeen projektityöhön!

  • Tee ensin projektityön perustehtävät.
  • Tee sen jälkeen projektityön aihekokonaisuuksiin liittyvät tehtävät.

Perinteinen kasvijalostus

Ihminen aloitti kasvien ja eläinten jalostamisen jo ennen säännöllisen maanviljelyn alkamista. Kahden suurikokoisen kasvin tai eläimen jälkeläisten havaittiin olevan myös keskimääräistä suurikokoisempia. Ihminen ymmärsi siis valintajalostuksen periaatteet hyvin nopeasti. Valintajalostuksen avulla voitiin tuottaa runsaasti erilaisia hedelmä- ja viljalajikkeita. Esimerkiksi omenasta on olemassa suuri määrä lajikkeita.


shutterstock_186272297_peda.jpg

Ominaisuuksien jalostaminen ei kuitenkaan onnistu loputtomasti. Valintajalostuksen avulla voidaan vain valita jo populaatiossa olevia geenejä ja yleistää niiden osuutta. Kun valintaa jatketaan riittävän kauan, populaatiossa ei esiinny tietyn geenin suhteen enää muuntelua. Esimerkiksi itsepölytteisten kasvien avulla voidaan tuottaa tietyn geenin suhteen homotsygoottisia yksilöitä. Tavoitteena on puhdas linja, jossa tietyssä ominaisuudessa ei esiinny enää muuntelua. Puhtaiden linjojen jalostaminen esimerkiksi entistä tehokkaammiksi ei onnistu enää valintajalostuksen avulla.

Risteytysjalostus

Toisinaan valintajalostuksen avulla tuotettuja lajikkeita voidaan risteyttää keskenään, jotta saataisiin uudenlaisia ominaisuusyhdistelmiä. Esimerkiksi tietty vehnälajike voi olla satoisa ja toinen lyhytkortinen. Kun nämä kaksi lajiketta risteytetään keskenään, voidaan risteytysjalostuksen avulla tuottaa uudelleen satoisa, mutta lyhytkortinen vehnälajike.


bi5_kaalien-kehittyminen_800x600.png


Monilla kasveilla tietyn geenin suhteen heterotsygoottiset yksilöt voivat olla suurikokoisempia tai kasvaa nopeammin. Ilmiötä kutsutaan heteroosiksi ja sitä hyödynnetään perinteisessä kasvijalostuksessa. Kahta puhdasta linjaa keskenään risteyttämällä saadaan tuottavia, heterotsygoottisia yksilöitä. Heterotsygoottisten kasvien siemeniä ei voida kuitenkaan hyödyntää uudelleen, sillä heteroosin vaikutus katoaa myöhemmissä sukupolvissa. Uusia yksilöitä pitääkin tuottaa kahden puhtaan linjan avulla.


bi5_heteroosi_800x600.png

Mutaatiojalostus

shutterstock_150900089_peda.jpgKasveilla on yleisesti ottaen parempi regeneraatiokyky kuin eläimillä. Se tarkoittaa sitä, että kasvisolut voivat erilaistua helpommin uudelleen toisenlaiseksi solukoksi. Esimerkiksi kasvin kärkikasvupisteestä voidaan ottaa jakautumiskykyistä solukkoa ja kasvattaa sitä laboratoriossa sopivalla kasvualustalla. Kasvihormonien avulla solukot saadaan kasvamaan uusiksi kasviyksilöiksi. Tällaisen solukkoviljelyn avulla tiettyä kasviyksilöä voidaan helposti monistaa eli kloonata.

Kasveihin voidaan myös tuottaa tarkoituksella mutaatioita esimerkiksi säteilyttämällä kasveja tai niiden siemeniä ionisoivalla säteilyllä tai UV-säteilyllä. Suurin osa syntyvistä mutaatioista on haitallisia, mutta välillä syntyy myös yksilöitä, joilla on jokin uusi, hyödyllinen ominaisuus. Tällaiset ominaisuudet voidaan tämän jälkeen siirtää tiettyyn lajikkeeseen tavallisen valinta- ja risteytysjalostuksen avulla. Mutaatiojalostuksen heikkona puolena voidaan pitää sitä, että aikaansaadut mutaatiot ovat usein satunnaisia ja kasveille voi syntyä yhtä aikaa myös muita, haitallisia mutaatioita.


bi5_mutaatiojalostus_800x600.png

Monilla kasveilla esiintyy polyploidiaa eli niiden kromosomistot voivat olla moninkertaistuneet. Polyploidiset kasvit kasvavat usein nopeammin ja suuremmiksi kuin esimerkiksi vastaavat diploidit kasvit. Polyploidisia kasveja syntyy luonnossa itsestään, mutta niitä voidaan tuottaa myös keinotekoisesti kolkisiinin avulla. Kolkisiini on liljasta eristetty myrkky, joka estää sukkularihmaston muodostumisen meioosin aikana. Kolkisiinikäsitellyn kasvin sukusoluissa on siis kaksinkertainen kromosomiannos. Kun tällainen sukusolu risteytetään normaalin sukusolun kanssa, saadaan triploidi kasviyksilö. Jos kaksi tällaista sukusolua risteytetään, saadaan tetraploidi yksilö. Polyploidia ei kuitenkaan aina lisää kasvin kasvutehoa. Liian suuri kromosomien määrä voi jopa heikentää kasvin kasvua.

Haploidiajalostus

Kasveista voidaan tuottaa soluviljelmissä myös haploideja yksilöitä (haploidiajalostus). Näitä voidaan tuottaa esimerkiksi hedelmöittymättömistä siitepölyhiukkasista tai munasoluista käsittelemällä niitä kasvihormoneilla. Näin voidaan saada aikaan haploidi yksilö. Koska haploidit yksilöt ovat homotsygoottisia kaikkien geenien suhteen, sopivia ominaisuuksia ilmentäviä yksilöitä voidaan helposti valita. Tällaisesta haploidista yksilöstä voidaan saada jälleen diploidi yksilö esimerkiksi kolkisiinikäsittelyn avulla. Näin saadaan tehtyä diploidinen tai polyploidinen kasvi, joka on homotsygootti kaikkien geenien suhteen. Näiden kasvien jälkeläiset ovat myös perimältään identtisiä.


bi5_haploidiajalostus_800x600.png

Soluristeytys

Kaksi toisilleen läheistä sukua olevaa kasvia voidaan myös risteyttää niin sanotun soluristeytyksen avulla. Kasvisoluista voidaan entsymaattisesti poistaa soluseinä, jolloin muodostuu soluseinättömiä kasvisoluja eli protoplasteja. Kun kahden eri kasvilajin protoplastit yhdistetään, solut ja niiden tumat yhdistyvät ja syntyy protoplastifuusio. Syntyy uusi risteymä, jota ei mahdollisesti olisi voitu saada aikaan normaalin pölytyksen avulla. Tällainen solu on allopolyploidinen eli sen kromosomistossa on kahden eri kasvilajin kromosomistot. Esimerkiksi retiisi ja kaali on voitu yhdistää soluristeytyksen avulla uudeksi kasvilajiksi, retiisikaaliksi.


Protoplast_fusion.jpg