BİTKİ ISLAHI Yrd. Doç. Dr. Hüseyin UYSAL ADNAN MENDERES ÜNİVERSİTESİ ZİRAAT FAKÜLTESİ TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ 2. Ders
BİTKİLERDE ÇOĞALMA* *Bitki Islahı, 2004, Orhan KURT, OMÜ, Ziraat Fakültesi Ders Kitabı, No:43 2
Tozlanma Mekanizmasının Önemi Bitkilerin üreme şekilleri ile uygulanacak ıslah metodu arasındaki ilişki Kendine döllenen ve yabancı döllenen bitkiler arasındaki genetik kararlılık farkı Kendine döllenen bitkilerde uygulanan emaskulasyon işlemi 3
Bitkilerde Üreme Şekilleri - Eşeyli üreme (tohumla) = gametogenesis - Eşeysiz üreme (vejetatif) 4
Eşeysiz Üreme Bitkilerin çoğunluğu normal olarak tohumla çoğalırlar ancak bazı bitkiler tohum tutmaz yada çok az tohum tutarlar. Bu tip bitkilerin vejetatif olarak çoğaltılması gerekir. Bir çok meyve ağacı bu yöntemle çoğaltılmaktadır. 5
Bitkilerde yumru, soğan, kök, rizom, stolon ve çelik gibi kısımları ile yapılan üreme işlemine vejetatif üreme denir. Yeni bitkiye de klon adı verilir. 6
Bitkilerde üreme organları dışında olan bu üreme şekillerine ilaveten bazı bitkilerde üreme organları kullanılarak da vejetatif çoğalma sağlanabilmektedir. Bu olaya Apomiksis adı verilmektedir. Apomiksis: Eşey organlarında döllenme olmaksızın tohumun veya embriyonun oluşmasını sağlayan bir çeşit çoğalma şeklidir. Apomiksisin bir çok çeşidi vardır. Bunlardan önemlileri parthenogenesis, apogamy, diplospory, apospory ve adventifembriyondur. 7
a) Parthenogenesis: Embriyonun döllenmemiş bir yumurtadan meydana gelmesi olayı. Embriyonun meydana geldiği yumurtanın haploid veya diploid olması durumuna göre 2 ye ayrılır - Haploid Parthenogenesis: Yumurtalıkta indirgenme bölünmesi sonucu oluşan haploid yumurta hücresinden döllenme olmaksızın embriyonun meydana gelmesi olayı - Diploid Parthenogenesis: Yumurtalıkta normal olarak indirgenme bölünmesi olmadan diploid yumurta hücresinden döllenme olmadan embriyonun meydana gelmesi olayı 8
b) Apogami: Embriyonun embriyo kesesi içinde bulunan sinergid veya antipodal hücrelerden meydana gelmesi olayı. c) Diplospori: Embriyonun indirgenmemiş olan embriyo kesesi içerisindeki dölenmemiş yumurta ana hücresinden oluşmasıdır. 9
d) Apospori: Embriyonun indirgenmemiş olan embriyo kesesi içerisindeki tohum taslağının değişik bölgelerindeki bir somatik hücreden meydana gelmesi olayı. 10
e) Adventif Embiryoni: Bu tip çoğalma şeklinde embriyo, tohum taslağının, integumentlerin veya yumurtalık zarının somatik hücreleri içerisinde gelişir ve hücre çekirdeği mitoz bölüne ile tomurcuk benzeri bir yapı şeklinde bir başlangıç yapar. Bu hücreler topluluğu zamanla farklılaşır ve tipik bir embriyoyu meydana getirir. 11
Bitkilerde Eşeyli Üreme: - Genetik varyasyon için son derece önemlidir - Eşeyli üremeyi anlayabilmek için bir bitkinin çiçeğinin ele alınarak incelenmesi gerekir 12
Bitkilerde Çiçek Çeşitleri: Bitki çiçekleri bir çiçekte bulunması gereken organların sayısına, erkek ve dişi organlardan birisine veya her ikisine de sahip olmaları durumuna göre sınıflandırılabilir. 1. Tam Çiçek: Dört temel organı ihtiva eden çiçek (Dişi organ, erkek organ, taç yaprak, çanak yaprak). (Pamuk, keten, kolza, patates vb.) 2. Eksik çiçek: Dört temel organdan biri veya bir kaçı yoksa eksik çiçek olarak isimlendirilir. (Buğday, çeltik, mısır vb.) 13
3. Bir Eşeyli Çiçek: Eşey organlarından sadece erkek veya sadece dişi organı ihtiva eden çiçek. (-Erkek çiçek, -Dişi çiçek) Örneğin Mısır. 4. İki eşeyli (Hermafrodit) Çiçek: Hem erkek hem de dişi organ ihtiva eden çiçeklere iki eşeyli çiçek denir. (Buğday, arpa, pamuk, keten vb.) 14
Bunlara ilave olarak erkek ve dişi organlar aynı bitki üzerinden fakat farklı yerlerde iseler bir evcikli (monoecious) olarak isimlendirilir. Mısır, hintyağı gibi. Erkek ve dişi organlar farklı bitkiler üzerinde ise iki evcikli (diocious) olarak isimlendirilir. Kenevir, şerbetçi otu gibi. 15
Bitkilerde Tozlanma ve Döllenme Polen Hücresinin Oluşumu: Olgun olmayan anterlerde dört adet polen kesesi (tetrat) vardır. Bu polen kesesi içerisinde birçok mikrospor veya polen ana hücresi bulunur. Bu mikrospor hücreleri aşağıda şekilde görüldüğü gibi bir mayoz ve 2 adet mitoz çekirdek bölünmesi geçirerek polen tanesini oluşturur. Oluşan polen taneleri çeşitli faktörlerin etkisi ile etrafa yayılır ve tozlanma gerçekleşir. Bir bitkide milyonlarca adet polen oluşabilir. Mesela bir mısır bitkisinde 30-60 milyon adet polen oluşur. 16
17
Yumurta Hücresinin Oluşumu: 18
Tozlanma Kendi çiçek tozu ile tozlananlar Yabancı çiçek tozu ile tozlananlar Hem kendi hem de yabancı çiçek tozu ile tozlananlar 19
Çimlenme olmaz Anormal çimlenme Polen tüpünün kısa kalması Dişicik borusu Dişicik tepesi Zigot bölünemez Embriyo düşer Yumurta Endosperm oluşamaz Embriyo oluşamaz Yumurtalık Yumurtaya ulaşmadan önce polen tüpü kaybolur Döllenme gerçekleşemez 20
Kendi Çiçek Tozu ile Tozlanan Bitkilerde Tozlanma Mekanizması Bu tip bitkiler autogam bitkiler olarak isimlendirilirler. Bu bitkilerde yaklaşık %4-5 civarında yabancı tozlanma olabilir. Yabancı tozlanma oranı ıslah çalışması ile tespit edilir. (Deneme dizaynı) 21
Bu bitkilerde yabancı tozlanmanın engellenmesi veya azaltılmasına etki eden faktörler şunlardır. 1. Çiçeklerin açılmaması: Festuca türleri gibi. 2. Polenlerin dişi çiçekten önce olgunlaşması. Buğday ve arpa gibi 22
3. Çiçekler olgunlaştıktan sonra çiçek organları tarafından stigma ve stamenlerin saklanması. 4. Stigmanın boru oluşturan erkek organlar arasında bulunması. Örnek domates 23
Yabancı Tozlanan Bitkilerde Tozlanma Mekanizmaları - Allogam bitkiler olarak isimlendirilir - Yabancı tozlanma bitkilerin çiçek organlarındaki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Tozlanma, böcekler, kuşlar, rüzgar ve su gibi aracılar vasıtasıyla gerçekleşmektedir. 24
- Yabancı tozlanmayı teşvik eden çeşitli faktrler vardır 1. Kendi çiçek tozu ile tozlanmanın mekanik olarak engellenmesi. Örnek Çavdar 25
2. Erkek ve dişi organların farklı zamanlarda olgunlaşması Erkek organ önce olgunlaşıyorsa Protandri Örnek havuç, ahududu, çayır üçgülü Dişi organ önce olgunlaşıyorsa Protogeni Örnek ceviz 26
3. Kendine Kısırlık veya Uyuşmazlık Örnek yonca, korunga, gazal boynuzu 4. Çiçeğin bir veya iki evcikli olması Erkek ve dişi organlar farklı yerlerde veya farklı bitkilerde olması sonucu yabancı tozlanma gerçekleşmektedir. Mesela Mısırda kendine tozlanma en fazla % 5 dolayındadır. 27
Kendine veya Yabancı Çiçek Tozu ile Tozlanan Bitkiler Genelde kendine tozlanan bitkilerdir ancak bazı sebeplerden dolayı yabancı tozlanma teşvik edilir. Önek sorgumda dişi çiçekler polen tanesi olgunlaşmadan önce açıldığı için yabancı tozlanma oranı artar. 28
Döllenme: 29
Tohum Oluşumu: 30
Kromozomlar ve Hücre Bölünmesi Kromozomlar: Hücreler canlıların temel yapı taşlarını oluştururlar. Tipik bir hücre etrafı hücre duvarı ile çevrilmiş, iç kısmı ise stoplazma olarak isimlendirilen akışkan bir sıvıdan ibarettir. Stoplazma içerisinde hücre çekirdeği, çeşitli yapısal organlar ve plastidler bulunur. Hücre çekirdeği içerisinde kromatin iplikçikler vardır. Hücre bölünmesi esnasında kromatin iplikçikler kalınlaşarak belli şekiller alırlar. Bu iplikçiklere kromozom adı verilir. Kromozom sayı ve şekilleri istisnai durumlar hariç bütün canlılarda türe özgüdür. 32
33
Her krmozomun dışında bir kılıf bulunur. Bu kılıfın içinde ise matriks adı verilen bir sıvı vardır. Matriks sıvısının içinde spiral şeklinde kıvrılmış iplikçikler vardır. Bu iplikçiklere kromonema adı verilir. Kromozomlar üzerinde belirli aralıklarla dizilmiş canlıların karakterlerini ebeveynlerden döllere aktaran genler vardır. Ayrıca bazı kromozomların ucunda ince bir kısımla kromozoma bağlanmış olan satellit adı verilen bir çıkıntı vardır. 34
35
Kromozom Sayılarına Göre Bitkiler -Haploid -Diplod - Poliploid (Triploid, Tetraploid, ) 36
HÜCRE BÖLÜNMESİ 37
MİTOZ BÖLÜNME
Eşeyli ve eşeysiz üreyen bütün çok hücreli canlılarda büyüme ve gelişmeyi sağlayan temel olay mitoz bölünmedir. Tek hücrelilerde hücre bölünmesi her defasında üremeyi sağlamış olur. Hücrelerin kalıtsal yapısı değişmez. 39
Mitoz bölünme farklı hücrelerde farklı sıklıkta meydana gelmekle birlikte kas ve sinir hücrelerinde görülmez. İnsan ve hayvanda büyüme belli yaşa kadar devam eder. Ama bitkilerde büyüme uygun şartlar olursa sınırsızdır. Bu, bitkilerde büyüme hayat boyu devam eder demektir. İnsanlarda sinir hücreleri, çizgili kas hücreleri ve olgunlaşmış kan hücrelerinde mitoz bölünme görülmez. 40
Mitoz bölünmeyle canlılarda şu olaylar gerçekleştirilmiş olur: Eşeysiz üreme Büyüme Gelişme Rejenerasyon (eksik kısımların onarılması) 41
Mitoz bölünme iki bölümde gerçekleşir: 1. Çekirdek Bölünmesi (Karyokinez) 2. Sitoplazma bölünmesi (Sitokinez) 42
1)karyokinez(çekirdek bölünmesi) 43
44
45
İnterfaz İki bölünme arasında cereyan eden safhadır. Süresi bitki tür ve cinslerine göre farklılık arz eder. Bu safhada kromozomlar helozonik olmaktan kurtulur. Çekirdek homojen bir karakterdedir. İğ iplikçikleri tanımak mümkündür. Çekirdek zarla çevrilidir. 46
Profaz Mitoz bölünmenin en uzun safhasıdır. Bu evrede çekirdeğin içinde ince uzun kromatit iplikleri halinde görünen kromozomlar, yavaş yavaş helezon şeklinde kırılarak kalınlaşmaya başlar ve görülebilir duruma geçer. Kalınlaşma ve kısalma anafaza kadar devam eder. 47
Bu evrede eş kromozomlar bir kromozommuş gibi birbirlerinden fark edilmeyecek kadar sıkıca bağlanırlar ve kromomerler artık görülmez. Sentriyoller ayrılarak her biri bir kutba gitmeye başlar ve aralarında iğ iplikleri oluşur. Profazın sonuna doğru iğ iplikleri ile kromozomlar arasında bağlantı kurulurken, sentriyollerden hücre zarına uzanan iğ iplikleri de oluşur ve çekirdek zarı kaybolarak kromozomlar sitoplazma içerisine dağılır. 48
Metafaz Kromozomlar çok kere bir çember gibi bazen de karışık olarak ekvatoryal düzlem üzerinde dizilir. Genellikle küçük kromozomlar merkezde büyük kromozomlar çevrededir. Diziliş türlere özgü bir özellik gösterir. Profazın 30-60 dk sürmesine karşılık bu evre 2-6 dk sürer. Kromozomlar en rahat bu safhada görülmektedir. 49
50
Prometafaz Oluşum Safhaları Merkez, sentriollerle birlikte interfaz esnasında kendini eşler ve iğ oluşurken eşleşmiş iki merkez birbirlerinden ayrılarak iğin iki kutbuna doğru gider ve buralarda yerleşirler. 51
Bu merkezlerin bulunduğu yerler ve düzenlenme şekilleri, oluşan yavru hücrelerde hücre hareketini düzenler. Hücre fonksiyonlarının doğru şekilde gerçekleşmesi bu düzenlenmeye bağlıdır. Bütün bu olaylar metafazın erken safhasında olmaktadır. Birçok araştırmacı bu safhaya prometafaz adını verir. 52
Anafaz Sentromer bölgelerinden birbirine tutunmuş olan kardeş kromatitler birbirlerinden ayrılarak zıt kutuplara doğru çekilir. Bu çekme işlemini iğ iplikleri gerçekleştirir. Bütün kromatitlerin sentromerleri ani bir sıçrayışla birbirinden ayrılır. Kutuplara gittikçe hız azalır; giderken sentromer önde, kromozomun kolları arkadadır. 53
Kardeş kromatitlerin kutuplara doğru çekilmesi ya kasılgan olan iğ ipliklerinin boylarının 1/5 oranında kısalması, ya da merkezindeki iğ ipliklerinin kütlesinin artması ile olur. Çünkü izole edilmiş iğ iplikleri ATP li ortamda kasılır. 54
Metafazın uzun sürmesine karşılık anafaz çok kısa sürer ve birkaç dakikada tamamlanır. Bütün kromozomların yavru kromatitleri hemen aynı zamanda birbirlerinden ayrılır ve aynı hızla kutuplara çekilirler. Kardeş kromozomlar kutuplara ulaştığı anda anafaz bitmiştir. 55
Telofaz Kromozomların kutuplara varmasıyla telofaz başlar. Kinetokorlara yapışmış mikrotübüller yoktur. Kromozomlar çözülmeye ve ipliksi forma geçmeye başlarlar. 56
Eski nükleus zarfından oluşan vesiküller birbirleriyle birleşerek kromozom ipliklerinin etrafında parçalar halinde toplanmaya başlar. Sentriyoller bu bölünmenin sonunda kendilerini eşleyerek çift hale gelirler. Parçalar birleşir ve yeni nükleus zarı oluştururlar. Nükleus zarının oluşumu tamamlanınca telofaz bitmiş olur. 57
2)sitokinez (sitoplazmanın bölünmesi) 58
MAYOZ BÖLÜNME 59
Mayoz iki bölümlüdür. Homologlar ayrılır Kardeş kromatidler ayrılır Meiosis I (reduction division) Meiosis II (equational division) Diploid Haploid Haploid Her bir gamette bir kromozomdan bir kopya kalır.. 60
Mayoz I : Redüksiyon Bölünmesi Nukleus İğ iplikleri Nukleus zarı Profaz I (erken) (diploid) Profaz I (geç) (diploid) Metafaz I (diploid) Anafaz I (diploid) Telofaz I (diploid) 61
İnterfaz Mitoz Bölünmede olduğu gibidir. Orada görülen tüm olaylar mayoz interfazında da aynı şekilde gözlenir. Genetik materyal ve organeller kendini eşler. 62
Profaz I Erken Profaz Geç Profaz 1. Sentroiller kutuplara hareket eder. 2. Nucleus zarı ve e.r. zarları erimeye başlar. 3. İğ iplikleri oluşmaya başlar. 4. Kromozomlar kısalıp kalınlaşmaya başlar. Ancak profaz-1 de Mitoz profazında ve profaz-2 de görülmeyen bazı özgün olaylar ve kromozomların özel davranışları vardır. Bu nedenle profaz- 1 kendi içinde beş alt evrede incelenir. 63
64
Profaz I I)Leptoten: 1-İnce ve uzun iplikler halinde olan kromatinler kısalıp kalınlaşırlar. 2-Nucleolus (Çekirdekcik) varlığını sürdürür. 65
Profaz I II)Zigoten: 1-Homolog kromozomlar yanyana gelerek çiftler (Bivalent yapı) oluştururlar. 2-Eşleşme bütün kromozom çiftlerinde görülür. 66
Profaz I III)Pakiten: 1-Kromozomlar iyice kısalıp kalınlaşır. 2-Eşleşen homolog kromozomlar bu evrede birbirleri ilke iyice kaynaşırlar ve bu evrede hücrenin kromozom sayısı n gözükür. 3-Evrenin sonunda her kromozom çiftinde dört kromatid görülür ve bu yapıya tetrad denir. Hücrede görülen tetrad sayısı n kadardır. 4-Bu evrede homolog kromozomların kardeş olmayan kromatidleri arasında gen alış verişi görülür bu olaya krossing-over denir. 5-Kardeş olmayan kromatidler arasındaki çakışma noktalarına kiyazma denir. 6-Uzun kromozomlarda görülen kiyazma sayıları daha çoktur. 67
68
Profaz I IV)Diploten: 1-Tetrad oluşturan kromozomlar birbirlerini iterek ayrılmaya başlarlar. 2-Ancak krossing-over bölgelerinde kiyazmalarla bağlantılarını sürdürürler. 69
Profaz I V)Diakinez: 1-Kromozomlar daha fazla kısalırlar. 2-Homolog kromozomlarda bağlantı sadece uca yakın yerlerde kalır. 3-Çekirdek zar kaybolur. 4-Nucleolus (Çekirdekcik) kaybolur. 5-İğ iplikleri oluşmuştur. 6-Dişilerde eşey ana hücreleri gerçekleşen mayoz bölünmenin bu evresinde hücreler uzun süre kalırlar. Bölünmenin bundan sonraki evreleri ovulasyondan sonra devam eder. 70
Metafaz I 1-Homolog kromozomlar (Tetradlar halinde) ekvatoral plak üzerinde karşılıklı dizilirler. 2-Her kromozom sentromeri ile iğ ipliklerine tutunurlar 71
Anafaz I 1-Homolog kromozomlar iğ iplikleri ile zıt kutuplara doğru çekilirler. 2-Kardeş kromatidleri bir arada tutan sentromerler parçalanmamıştır. 3-Kiyazmalar kromozomların ucuna doğru kayarak ortadan kalkar. 4-Anne ve babadan gelen kromozomların kutuplara taşınması rasgele olur buda çeşitlilik nedenidir. 72
Telofaz I 1-Kromozomlardaki helixler çözülür. 2-Nucleus zarı belirginleşir. 3-Sitokinezle iki hücre oluşur. 73
Mayoz II : Ekvasyon bölünmesi Profaz II (haploid) Metafaz II (haploid) Anafaz II (haploid) Telofaz II (haploid) İdentik olmayan 4 yavru hücre 74
Profaz II 1-Birinci bölünmede oluşan iğipliklerine dik olarak iğ iplikleri oluşur. 2-Oluşmuşsa nucleus zarı kaybolur. 3-Helixlerini çözen kromozomlar tekrar helixlerini oluşturur. 75
Metafaz II 1-Kromozomlar ekvatoral düzlemde yanyana dizilirler 2-Kromatidler sentromerleri ile bir aradadır 3-Kromozomlar sentromerleri ile iğ ipliklerine tutunurlar 76
Anafaz II 1-İğ ipliklerinin itme ve çekme hareketi ile sentromerler parçalanır. 2-Birbirinden ayrılan kardeş kromatidler zıt kutuplara gider 77
Telofaz II 1-Kutuplara çekilen kromatidler helixlerini çözerek kromatin iplik haline geçerler 2-Nucleus zarı oluşur. 3-İğ iplikleri kaybolur 4-Sitokinezle iki toplam dört hücre oluşur. 5-Oluşan hücrelerde ana hücrenin yarısı kadar kromozom dolayısıyla DNA vardır 6-Oluşan hücrelerdeki kalıtsal materyal hem profaz-1 de gerçekleşen krossingover hemde metafaz-1 deki homolog kromozomların diziliminin rasgele olmasından dolayı farklıdır 7-Oluşan hücreler erkekte spermatid, dişilerde ise oosit denir 78
Mayoz un sonuçları Gametes 4 haploid hücre Her kromozomdan bir kopya Her genin tek alleli Farklı allellerin kromozom boyunca değişik yerleşimleri 79
Bitki Islahı Açısından Mayoz Bölünme İncelendiğinde; 1. Mayoz bölünme kalıtımısağlar. Bu tam bir haploid kromozom setinin dağılması ile sağlanır ve her bir gamette bir tam genetik bilgi seti bulunur. Gametler kalıtımın oluşumunu sağlar ve döllenme ile zigota taşınır. Böylece karakterleri tanımlayan genler ebeveynlerden döllere geçer. 80
2. Mayoz bölünme ayrıca yeni varyasyonların ortaya çıkmasını sağlar. Mayoz bölünme, döllenmede, biri anadan diğeri babadan glen iki kromozom setine sahip diploid hücrelerde gerçekleşir. Her bir set tam bir genetik bilgiye sahiptir. Fakat özel bir karakterdeki farklılıkları içeren her bir setteki bilgi az da olsa farklılık arz edebilir. 81
3. Mayoz bölünmenin profaz 1 in pakiten safhasında crossing over gerçekleşir. Bu olay sonucu bazı bilgiler kaybolur, bazı bilgiler değişime uğrar veya bazı bilgiler kazanılır. Bu olay da yeni varyasyonların ortaya çıkmasına veya değişimlerin oluşmasına yol açar. 82