GENETIKA RODU Capsicum L.
U paprik (Capsicum L.) je, stejně jako u ostatních organismů, velká část morfologických i fyziologických projevů řízená geneticky. Genů se zde nachází desítky až stovky. O většině genů nejsme schopni bez molekulární analýzy stanovit jejich přítomnost nebo absen-ci. Nicméně některé znaky lze vypozorovat. Právě těmito geny se zabývá tento článek. Jedná se o geny ovlivňující barvu nezralých a zralých plodů, barvu listů, stonku a květů, výšky vzrůstu atd.
1. BARVA NEZRALÝCH PLODŮ
Barva nezralých plodů je výsledkem projevu několika alel. Nejčastější je barva zelená a fialová (až černá). Černá barva má domi-nantní projev nad barvou zelenou (experimentálně potvrzeno F2 3:1 a backrcoss 1:1). Barevný projev je mimo jiné modifikován alelou sw (sulphur white), která má tři formy. Forma sw1 vytváří bílé zbarvení zdajících plodů, forma sw2 světle zelenou nebo žlutozelenou a sw3 cedrově zelenou barvu. Formy sw2 i sw3 jsou dominantní nad sw1, proto je obtížné bílé zbarvení ustálit. Forma sw3 je taktéž dominantní nad sw2. Z toho důvodu je většina nezralých plodů tmavě zelená. V praxi lze tedy vyvodit následující závěry:
1. Při křížení s odrůdou s černým zbarvením v nezralosti bude většina potomstva v F2 generaci téhož zbarvení. Jen asi čtvrtina bude čistě zelená.
2. Díky dominanci černého zbarvení je následná selekce a ustálení zelených plodů náročná.
3. Bílé zbarvení plodu je recesivní vůči všem ostatním alelám. Jeho udržení je tak velmi náročné, zejména při křížení s červenými odrůdami.
2. BARVA ZRALÝCH PLODŮ
Obrázek č. 1: Barva nezralých plodů. Malaysian Goronong zrající ze zelené do žluté, Naga BBG7 Orange Pale Strain zranící přes černou do oranžové, Devil's Nagabrain zrající ze zelené do červené, Elephant's Trunk zrající přes černou do červené a Pink Tiger zrající přes fialovou do červené.
Změna barvy plodu během zrání je dána redukcí chlorofylů (zelená) a antokyanů (fialová) a kumulací karotenoidů. Je lze velmi obtížné cokoli přesně predikovat. Dříve panoval názor, že zbarvení plodu je dáno dvěma geny, R a Cl. Pokud jsou oba geny v domi-nantní konstituci (R- Cl-), plody jsou červené, pokud je R dominantní a Cl recesivní (R- clcl), plod je hnědý, pokud je R recesivní a Cl dominantní (rr Cl-), plod je žlutý a pokud jsou oba geny recesivní (rr clcl), plod je zelený. Je však patrné, že tím již nejsme schopni vytvořit žádnou další kombinaci. Jak je tedy možné, že některé papriky jsou oranžové, hnědé nebo bílé či fialové? Vědci zjistili, že barva je pod řízením 3 hlavních genů: y (yellow), c1 (carotenoid-1) a c2 (carotenoid-2), přičemž každá alela má dvě formy. Alela ve formě y+ způsobuje například červené zbarvení, kdežto forma y žluté. Alela c1 kontroluje počet různých karotenoidů (nikoli však je-jich typ) a c2 celkové množství těchto karotenoidů v plodu. Na základě těchto poznatků lze sestavit následující tabulku.
Při sestavování jakýchkoli tabulek je potřeba mít na paměti, že každá z alel je zastoupena dvakrát. Kompletní genotyp bílého plodu je tedy yy c1c1 c2c2. Za projev každé alely zodpoví-dá několik genů. Červenou barvu způsobují například Ccs (capsanthin-capsorubin syntetizu-jící gen). Stejně tak několik barviv. Oranžové zbarvení způsobuje violaxantin, β-karoten, atd. Existuje ale celá řada přídatných genů, které výsledný projev ovlivňují. Tvorba oranžových barviv je pod kontrolou genů B a T. Ovšem biosyntetické dráhy pod kontrolou těchto lokusů předchází drahám pod kontrolou lokusů odpovídajících za projev červené barvy. Z toho dů-vodu je také červená barva nejvíce dominantní všem ostatním. Je tak obtížné vyšlechtit čistě žluté, oranžové nebo bílé odrůdy, je-li jeden z rodičů červeného zbarvení. Z toho důvodu brzy po zavedení odrůdy Fatalii Yellow na trb rostlo mnoho rostlin s červenými plody.
Dalším genem, který se podílí na výsledné barvě, je cl (chlorophyll retainer). Tento gen se projevuje udržením chlorofylu ve zralém plodu. V kombinaci s červeným zbarvením (y+y+ clcl) tak vzniká barva hnědá a v kombinací se zbarvením žlutým (yy clcl) zelená. Posledním genem, který má vliv na zbarvení plodu, je im. Ten se projevuje fialovým zbarvením plodů v jejich pozdějších stádiích zrání (toto zbarvení může dokonce být finální). Existuje ale ještě jeden gen, velmi unikátní. Gen označujeme jako tra (transition), česky lze volně přeložit jako přechodový. Byl popsán u kultivaru Jalapeno NuMex Pinata. Tento gen se projevuje barevným přechodem od zele-né přes žlutou a oranžovou až do červené. Tento gen je recesivní a homozygotní. S podobným přechodem se setkáme například u kul-tivaru Chinese Multicolor. Co tedy lze z této kapitoly usoudit?
1. Červená barva je nadřazená všem ostatním. Je tak nejjednodušší ji získat. Čím níže v tabulce jdeme, tím obtížněji šlechtitelné barvy dostáváme (nejnáročnější je tedy ustálit bílé zbarvení).
2. Kvantitativní projev genů im a cl nepodléhá ostatním genům (y, c1, c2). Pokud jsou přítomny, vždy se projeví. Kvalitativně projev genu cl závisí na konstituci alely y.
Ukažme si příklad konkrétního křížení paprik. Jako rodiče použijeme Fatalii White s geneticlou výbavou yy c1c1 c2c2 a Pimenta Diomar s výbavou y+y+ c1+c1+ c2+c2+. Toto je somatická sada. Do gamet jde vždy jen poloviční, haploidní výbava. Fatalii White tedy tvoří gamety s výbavou y c1 c2 a Pimenta Diomar y+ c1+ c2+. Jiné možnosti u obou odrůd již nejsou. Potomstvo první filiílní generace (F1) bude mít tedy výbavu y+y c1+c1 c2+c2. Vzhledově by tedy všechny plody měly být červené. Nyní si ukážeme, co lze očekávat ve druhé filiální generaci (F2). Hybridní odrůdu opylíme samosprášením. Jaké kombinace ale nyní může tento hybrid v gametách vytvo-řit? Je jich o mnoho více, než v případě rodičů. Konkrétně se jedná o sady y+ c1+ c2+, y+ c1+ c2, y+ c1 c2+, y+ c1 c2, y c1+ c2+, y c1+ c2, y c1 c2+ a y c1 c2. Všechny tyto kombinace mohou vzniknout a při samosprášení se mohou opylit opět s jakoukoli gametou o jedné z těchto sad. Sestavíme tedy klasickou mendelovskou tabulku:
Při čtení tabulky postupujeme tak, že alela označená symbolem "+" je dominantní nad alelou bez tohoto označení. Podle toho sesta-vujeme barvy na základě tabulky výše. Tedy y+y je červená stejně jako y+y+ atd. Protože v tomto případě křížíme trihybridního hete-rozygota, dostaneme typický štěpný poměr 27 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1. Pokud tento poměr převedeme na procenta, dostaneme pravděpo-dobně 42,2 % červených jedinců, 14,1 % světle červených jedinců, 14,1 % oranžových jedinců, 14,1 % oranžovo-žlutých jedinců, dále pak 4,7 % bledě oranžovo-žlutých jedinců, 4,7 % oranžovo-červených jedinců, 4,7 % žlutých jedinců a 1,5 % bílých jedinců.
V případě této tabulky jsme dostaly všechny možné typické barvy, protože jsme do tabulky zadali všechny existující alely. Pokud bychom ale křížili například jedince oranžové (y+ c1+ c2) a žluté (y c1 c2+), můžeme dostat barvu červenou, pokud dojde ke spojení alel y+ c1+ a c2+.Tabulky by ve finále totiž vypadala stejně, jako při křížení červeného jedince s bílým, protože sada F1 generace těchto rodičů by byla opět y+y c1+c1 c2+c2. Ovšem pokud bychom křížili červenou (y+ c1+ c2+) a oranžovou (y+ c1+ c2), nemůžeme dostat barvu bílou, protože F1 generace by mělo sadu y+ c1+ c2+ nebo y+ c1+ c2. Nejsou zde tedy alely y a c1, které by se na vzniku bílé barvy mohly podílet.
Na závěr této kapitoly bych pouze dodal, že dědičnost barev je nejméně predikovatelná. Oranžová barva se totiž může projevit díky sadě y+y+ c1+c1+ c2c2, ale taktéž díky sadě y+y+ c1+c1 c2c2. V prvním případě je jediná možná kombinace sady gamet y+c1+c2+, kdežto v případě druhém můžeme dostat gamety y+ c1+ c2+ nebo y+ c1 c2, které mají bledě oranžovo-žlutý projev. Nás-ledným šlechtěním lze při dobré kombinaci gamet získat také žluté zbarvení. Tabulky lze tedy sestavit pouze orientačně, pokud se teprve na křížení připravujeme. Pokud ale máme za sebou několik křížení, jsme schopni na základě výsledků tabulku zpětně zcela přesně vyplnit. Přiznám se, že jsem ještě nezjistil, jak funguje gen cl. Proto jsem ho v tabulce nezohlednil.
Obrázek č. 5: Barva zralých plodů. Black Pearl zrající do řervené (přes černou), Devil's Nagabrain zrající do oranžové, 7 Pot (hybrid) zrající do žluté, Habanero White Bullet zrající do bílé, Habanero Chocolate zrající do hnědé a Habanero Mustard zrající do hořčicové / zelené.
3. TVAR PLODŮ
Tvar plodů je podmíněn snad nejvíce geny, což můžeme pozorovat u odrůd jako Bishop'S Crown apod. Každé zakřivení je zde zakó-dováno v genech odrůdy. Známe gen P, který odpovídá za zašpičatělý konec plodu nehledě na jeho tvar. Dalším významným genem je O (Oblate), který se projevuje kulatým tvarem plodu. Tento tvar je dominantní nad podlouhlým (F2 3:1, backcross 1:1). Zajímavé je, že gen O je vázán na gen A (Anthocyanine). Kulaté plody tak většinou zrají přes černou barvu nehledě na barvu finální zralosti a na barvu rostliny. Proto i odrůdy jako např. Aji Charapita zrají přes fialovou barvu, ačkoli je jinak rostlina zcela zelená a plody žluté. Re-cesivní geny up-1 a up-2 odpovídají za vzpřímené postavení plodů nehledě na jejich tvar (Tepin, Fresno). Velmi zajímavým genem je cy, který se projevuje příčnými prasklinami na exokarpu, což můžeme pozorovat u odrůd Jalapeno Farmers nebo Vezena Piperka. Existuje zde ještě řada dalších známých genů, ovšem jejich vzájemné vztahy jsou velmi komplikované. Lze tedy usuzovat následující:
1. Při křížení s kulatými plody budou mít potomci většinou taktéž kulaté plody. Anomálie mohou nastat v dalších generacích.
2. Zděděné kulaté plody budou zrát pravděpodobně přes fialovou nebo černou barvu.
Obrázek č. 6: Tvar plodů. Mini Rocoto Yellow (podlouhlý elipsovitý tvar), Naga BBG7 Orange Pale Strain (hybridní tvar), Aji Charapita (kulatý drobný plod), Large Chocolate Cherry (kulatý velký plod), Elephant's Trunk (protažený plod), RedGum Nagabrain TMAMP (podlouhlý lónický plod) a Mojo Fru-tegum (hybridní tvar).
Do kapitoly tvaru plodu ještě zahrnu tvorbu trsů nebo solitérních (samostatných) plodů. Za tvorbu trsů odpovídá gen Fa (fascicula-tion). Tento projev je ale recesivní vůči tvorbě solitérních plodů. Gen Fa má mimo jiné vliv také na zkracování internodů, díky čemuž vznikají nižší, ale zato kompaktní odrůdy. Ideálním příkladem takové odrůdy je Black Pearl (viz Obrázek č. 5). Projev tohoto genu ov-livňuje ještě několik dalších genů malého účinku. Počet plodů v trsu, na rozdíl od samotné přítomnosti trsu, je říze pouze geny malého účinku. Je tak často nestálý. Většinou se pohybuje od 1-9 a stálejší počet je velmi těžké ustálit. Tedy spíše to vůbec nejde.
4. TVAR LISTŮ
Ačkoli se listy v rámci odrůd nebo druhů liší většinou pouze poměrem délky a šířky, existuje zde celá řada genů, které mohou tvořit atraktivní anomálie. Gen un (Undulate) se projevuje tvorbou menších lístků s vlnitým okrajem. Gen anv (Angustifolie variegata) způ-sobuje elipsovitý tvar děložních lístků a naopak protažený podlouhlý tvar pravých listů; tedy přesně naopak, jak tomu je u většina od-růd. Gen brl (Braquitica latifoliata) se projevuje zkrácením stonkových internodů, širokými, velkými okrouhlými, tmavě zelenými lis-ty a ztloustlými řapíky. Oba tyto geny (anv a brl) jsou mutantní. Dalšími mutantními geny jsou fi (filiform) - drobné lístky a částečná sterilita pestíků, wl (willow leaf) - dlouhé úzké listy, ca (canoe) - okraje děložních i pravých listů srolované směrem nahoru v důsledku hyponastie (chorobné znetvoření vzniklé rychlejším růstem dolní strany listu), tu (tube) - okraje listů srolované směrem nahoru do tvaru trubice (okolí je vystavena pouze abaxiální strana listů; souvislost s ca neprokázána). Gen rl (round leaf) má několik forem. For-ma rl-1 redukuje délku listu, ale ne jeho šířku (odrůda Bighart), rl-2 se projevuje nápadně ztupenou špičkou listu a rl-3 kompletně zaoblenou špičkou listu, menším počtem větviček a plodů a chudou produkcí semen (odrůda PC 1). Geny ru-1 a ru-2 (rugose) odpoví-dají za zvlnění listů směrem dolů, dtr (datura lealeaf) za nepravidelně zubatou čepel listů (nejvyšší četnost okolo 10. listu), sl-1 (small leaf) za zakrlěnlou členku nebo bliznu (částečná sterilita samic) a sl-2 za nepropojení blizny s vajíčkem a tedy kompletní sterilitu pestí-ků (rostliny nejsou schopny tvořit plody, izolováno z odrůdy Kalyanpur Red). Gen fr (frilly) se projevuje nápadně vlnitými okraji listů.
Geny pc-1, pc-2 a pc-3 (Polycotyledons) způsobují nasazení více děložních lístků (obvykle 3-4). Někdy se cca 3-4 internodech do-chází k pseudo-dichotomickému větvení s nepoměrným vývojem větví. Pokud tedy rostlina vyklíčí s více než 2 děložními lístky, je tře-ba ji následně kontrolovat. Růstové deformace mohou být i fatální a osivo z těchto rostlin není dobré šířit. Všechny tři geny jsou ne-alelické. Posledními dvěma geny jsou H a Sm. Oba společně odpovídají za ochlupení listů. Gen Sm (smooth leaf) odpovídá za hladký povrch listů, kdežto H za jejich ochlupení. Mezi geny panuje epistáze (dominantní či recesivní projev jednoho genu maskuje projev genu druhého). H je epistatický k Sm a vznikají tak listy chlupaté (H- Sm-), kdežto smsm je epistatické k hh, čímž vznikají listy hladké (hh smsm).
Bohužel mnoho ze článků nelze najít v elektronické podobě a získat tak přesné fotografie. Z toho důvodu se mi jich podařilo nalézt jen několik. Pro zajímavost ale přikládám.
Obrázek č. 7: Tvar listů. Hyponastie (ru), dlouhé úzké listy u C. lanceolatum (zde je to přirozené a nebyla zkoumána přítomnost anv), tvorba více dě-ložních lístků (pc-1, pc-2, pc-3; na fotce není paprika), dominantní ochlupení listů a stonku i Goat's Weed (H-Sm-) a přirozeně ochlupené listy u druhu Capsicum pubescens (vliv genů H a Sm nebyl zkoumán).
Na závěr bych shrnul, že většina genů způsobujících mutace tvaru listů ne nežádoucí. Způsobují růstové vady nebo částečnou až úplnou sterilitu pestíků. Důležité je ale uvědomit si, že mnoho růstových vad je často spojeno s vlivem prostředím. Konkrétně se může jednat o důsledek nevhodné půdy (zejména pH), nedostatku živin nebo naopak přehnojení a také při přílišné nebo nedostatečné záliv-ce. Proto je dobré sledovat deformace u více rostlin jedné odrůdy a porovnat jejich podmínky. pokud se liší substrátem nebo jinými enviromentálními faktory, je chyba zde. Pokud mají rostliny stejné podmínky a jedna nebo více přesto růstové vady vykazují, pak by-chom osivo z takových rostlin neměli šířit.
5. BARVA ROSTLINNÉHO TĚLA
Mutace způsobující zbarvení listů je, stejně jako v případě jejich tvaru) nežádoucí. Krom fialového nebo černého zbarvení je totiž vždy důsledkem absence chlorofylu, tedy rostlinného barviva nezbytného pro správný vnitřní chod rostliny. Popsány jsou zde desítky různých genů. Gen aur (aurea) způsobuje zlaté nebo žluté zbarvení listů díky extrémnímu deficitu chlorofylu. Tato mutace většinou způsobuje velmi nízkou vitalitu rostlin a může být i letální. Stejně tak dopadají rostliny se zelenožlutým zbarvením, za které odpovídá gen Flv (flavi). Dále zde je celkem 10 genů projevující se xantho mutacemi (xa), tedy žlutobílým zbarvením, které vede k úhynu rostlin během 10-15 dní. Geny xa-1 až 8 byly nazeleny u C. annuum, xa-9 u C. baccatum a xa-10 u C. pubescens. Celkem 19 genů lt (lutes-cens) se projevuje různými stupni zelenožlutého zbarvení, většinou ale pouze světlejším odstínem zelené. Geny yt-1, yt-2 a yt-3 mají za následek žluté zbarvení nových lístků (yellow top), které se ale během růstu vybarví zeleně. Gen yt-2 byl popsán u tetraploidního je-dince druhu C. annuum. Mozaikovité zbarvení listů je pod vlivem působení genů mos-1 až mos-52. Geny mos-1 až mos-51 jsou popsá-ny od druhu C. annuum a mos-52 od C. baccatum. Geny mos-1 až mos-9 jsou nealelické.
Gen A (Anthocyanine) má za následek fialové až černé zbarvení listů, stonku, nezralých plodů a květů. Je zde ale několik stupňů. Geny al (anthocyanine-less) mají za následek neprojevení antokyaninů. Gen A se tak projeví pouze je li přítomen gen al+. U genotypů AA navíc dochází ke zvýšení intenzity až do černého zbarvení díky modifikátoru MoA (Modifier of A), který se jinak neproje-ví. Fialové zbarvení může být zvýrazněno přídavnými geny. Geny R-1 a R-2 v kombinaci s A a MoA zvýrazňují fialové zbarvení květů, gen As u stonku, Asf u blizny a tyčinek a F u nezralých plodů. Zbarvení květů je pod kontrolou celkem 3 genů, A, S a W.