(Ph.D.) Értekezés a CSERESZNYE S-LÓKUSZÁNAK VARIABILITÁSA A
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Doktori (Ph.D.) értekezés A CSERESZNYE S-LÓKUSZÁNAK VARIABILITÁSA A GÉNCENTRUMBAN Szikriszt Bernadett Kertészettudományi Doktori Iskola Budapesti Corvinus Egyetem Genetika és Növénynemesítés Tanszék Budapest 2012 A Doktori Iskola Megnevezése: Kertészettudományi Doktori Iskola Tudományága: Növénytermesztési és kertészeti tudományok Vezetője: Dr. Tóth Magdolna egyetemi tanár, D.Sc. Budapesti Corvinus Egyetem, Kertészettudományi Kar, Gyümölcstermő Növények Tanszék Témavezetők: Dr. Halász Júlia egyetemi docens, Ph.D. Dr. Hegedűs Attila Egyetemi docens, Ph.D. Budapesti Corvinus Egyetem, Kertészettudományi Kar, Genetika és NövénynemesítésTanszék A jelölt a Budapesti Corvinus Egyetem Doktori Szabályzatában előírt valamennyi feltételnek eleget tett, az értekezés műhelyvitájában elhangzott észrevételeket és javaslatokat az értekezés átdolgozásakor figyelembe vette, ezért az értekezés nyilvános védési eljárásra bocsátható. .................................................. .................................................. Dr. Halász Júlia Dr. Tóth Magdolna .................................................. Dr. Hegedűs Attila A doktori iskola vezetőjének jóváhagyása A témavezetők jóváhagyása 2 A Budapesti Corvinus Egyetem Élettudományi Területi Doktori Tanács 2012. évi október 2.-i határozatában a nyilvános vita lefolytatására az alábbi bíráló Bizottságot jelölte ki: BÍRÁLÓ BIZOTTSÁG: Elnöke: Tóth Magdolna, D.Sc. Tagjai: Palkovics László, D.Sc. Deák Tamás, Ph. D. Szani Zsolt, Ph.D. Janda Tibor, D.Sc. Opponensek: Farkas Ágnes, Ph.D. Bisztray György Dénes, Ph.D. Titkár: Deák Tamás, Ph.D. 3 TARTALOMJEGYZÉK RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE................................................................................................. 6 1. BEVEZETÉS..................................................................................................................... 7 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS............................................................................................... 9 2.1. Az önmeddőség szerepe a növényvilágban .................................................................. 9 2.2. A Prunus fajokat jellemző inkompatibilitási rendszer molekuláris háttere.................. 10 2.2.1. A termékenyülésben szerepet játszó molekuláris rendszer bibekomponense: az S- ribonukleáz (S-RN-áz) enzim ....................................................................................... 11 2.2.2. A termékenyülésben szerepet játszó molekuláris rendszer pollenkomponense: az S- haplotípus-specifikus F-box fehérje.............................................................................. 14 2.2.3. Az S-RN-áz által irányított inkompatibilitási rendszer molekuláris modellje ....... 16 2.2.3.1. Az inkompatibilitási rendszer receptor, „gatekeeper” modellje..................... 16 2.2.3.2. Az inkompatibilitási rendszer inhibitor modellje .......................................... 16 2.2.3.3. A módosított inhibitor modell ...................................................................... 17 2.2.3.4. A kompartmentalizációs modell................................................................... 17 2.2.3.5. A 26S proteaszóma rendszer ........................................................................ 18 2.3. Az S-lókusz kultúrevolúciója..................................................................................... 19 2.4. Az S-lókusz vizsgálatának módszertani áttekintése.................................................... 20 2.4.1. A termékenyülés vizsgálatának hagyományos módszerei – szabadföldi termékenyülés-vizsgálatok ........................................................................................... 20 2.4.1.1. A cseresznye idegentermékenyülésének szabadföldi vizsgálata.................... 21 2.4.1.2. A cseresznye öntermékenyülésének szabadföldi vizsgálata .......................... 22 2.4.2. Pollentömlő-növekedési vizsgálatok ................................................................... 23 2.4.2.1. A pollentömlő útja a bibétől a magházig a Prunus nemzetségben................. 24 2.4.2.2. A pollentömlő növekedésének vizsgálati eszközei........................................ 25 2.4.3. A fehérje alapú vizsgálatok – az izoelektromos fókuszálás (IEF) és a nem egyensúlyi izoelektromos fókuszálás (NEpHGE).......................................................... 26 2.4.4. A termékenyülés molekuláris szintű kutatása – a DNS-alapú vizsgálatok............ 26 2.4.4.1. A bibekomponens, azaz az S-RN-áz gén molekuláris vizsgálati technikái..... 27 2.4.4.2. A pollenkomponens, azaz az S-haplotípus-specifikus F-box gén molekuláris vizsgálatának módszere ............................................................................................ 29 2.5. A cseresznye (Prunus avium L.) taxonómiája és származása ..................................... 30 2.6. A cseresznyetermesztés helyzete és a cseresznye felhasználásának lehetőségei.......... 33 2.7. A cseresznyenemesítés történeti áttekintése............................................................... 36 4 2.8. A cseresznye (Prunus avium L.) S-allél rendszere...................................................... 39 2.8.1. A cseresznye öntermékenyülésének kialakulása.................................................. 41 2.9. A törökországi cseresznyefajták jellemzése ............................................................... 43 3. CÉLKITŰZÉS ................................................................................................................. 45 4. ANYAG ÉS MÓDSZER.................................................................................................. 46 4.1. Növényanyag ............................................................................................................ 46 4.2. DNS-alapú vizsgálatok.............................................................................................. 46 4.2.1. DNS-kivonás ...................................................................................................... 46 4.2.2. S-PCR analízis.................................................................................................... 46 4.2.3. Allélspecifikus PCR-vizsgálatok......................................................................... 47 4.2.4. A PCR-termékek fragmentumhossz-analízise, klónozása, szekvenálása és a szekvenciák vizsgálata ................................................................................................. 49 4.2.5. A bizonytalan funkciójú S7m-RN-áz allél klónozása és szekvenálása ................... 51 5. EREDMÉNYEK.............................................................................................................. 53 5.1. A török cseresznyék S-genotípusának meghatározása konszenzus primerekkel.......... 53 5.2. Az S-RN-áz allélok DNS-szekvenciájának meghatározása......................................... 59 5.2.1. Vadcseresznye allélok azonosítása...................................................................... 59 5.2.2. Egy új cseresznye S-RN-áz allél (S37) azonosítása és molekuláris jellemzése....... 63 5.2.3. Egy bizonytalan funkciójú S-RN-áz allél (S7m) azonosítása ................................. 64 5.2.4. A meggy S34-RN-áz allél kimutatása cseresznyében............................................ 65 5.2.5. Intraallélikus variációk (S1, S3, S4 S6, S10 és S13) .................................................. 66 5.2.6. Allél-specifikus PCR primerek fejlesztése .......................................................... 66 6. EREDMÉNYEK MEGVITATÁSA ................................................................................. 68 6.1. A török cseresznyék S-lókuszának variabilitása ......................................................... 68 6.2. A korábbi S-genotípusok javítása és módszertani fejlesztés ....................................... 70 6.3. Az S-RN-áz allélok evolúciós kapcsolatai.................................................................. 72 6.4. Géncentrum és kultúrevolúció az S-lókusz tükrében .................................................. 75 7. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK ............................................................................ 79 8. ÖSSZEFOGLALÁS......................................................................................................... 80 9. SUMMARY..................................................................................................................... 82 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS.............................................................................................. 84 MELLÉKLETEK................................................................................................................. 85 M1. IRODALOMJEGYZÉK ........................................................................................... 85 5 RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE AFLP amplifikált fragmentumhossz polimorfizmus bp bázispár C1–3 és C5 Az S-RN-áz gén 1–3. és 5. konzervatív régiója cDNS „copy” DNS, „copy” dezoxiribonukleinsav D dalton, relatív molekulatömeg DNS dezoxiribonukleinsav GSI gametofitikus inkompatibilitás (gametophytic self-incompatibility) HVa, HVb A Solanaceae S-RN-ázokra és valamennyi SFB-re jellemző variábilis régiók IEF izoelektromos fókuszálás IPTG isopropil β -D- thiogalactopyranoside mRNS hírvivő RNS NEpHGE nem egyensúlyi izoelektromos fókuszálás (non-equilibrium pH gradient electrofocusing) PAL fenilalanin-ammónia-liáz PAGE poliakrilamid gélelektroforézis PCR polimeráz láncreakció PP pollen fehérje RC4 A Rosaceae S-RN-ázokra jellemző 4. konzervatív régió RHV A Rosaceae S-RN-ázokra jellemző hipervariábilis régió RNS ribonukleinsav rRNS riboszomális