ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ: Методы селекции.

Для выведения новых форм и улучшения существующих селекционеры используют различные метода, основанные на генетических закономерностях. Бурное развитие селекции в последние десятилетия непрерывно обогащает ее методическую базу. Основными методами являются искусственный отбор и гибридизация, искусственный мутагенез, полиплоидия, гетерозис. Кроме того, работа с каждой группой организмов часто требует своих особых методов, например, в селекции микроорганизмов широко используются приемы генной инженерии.

Искусственный отбор является наиболее старым методом, однако его до сих пор широко используют в практике. Дарвин различал две формы искусственного отбора: бессознательный и естественный. В каждой группе есть худшие и лучшие по хозяйственному признаку особи. Человек давно понял, что каждый организм способен в той или иной мере передавать потомству и полезные, и вредные признаки. Суть бессознательного отбора состоит в сохранении для размножения наиболее продуктивных особей и уничтожении (разумеется, с пользой, например, для пищи) худших. В результате такого отбора формируются породы и сорта  усредненными характеристиками (например, довольно высокая удойность и крупные размеры одновременно). Особенностью методического отбора является то, что селекционер заранее представил цель и систематически отбирает на племя особей с нужными ему качествами (например, наиболее удойных коров для получения новой молочной породы или наиболее крупных особей для получения мясной породы). При этом образуются высокоспециализированные породы и сорта.

Отбор может быть массовым и индивидуальным. При массовом отборе сохраняют группу особей с желательными признаками, после чего от них получают потомство. Ясно, что потомство в таком случае будет неоднородным и периодически отбор придется повторять, что бы выбраковывать мене продуктивные экземпляры. Такой отбор наиболее части применяют в селекции растений. Однако массовый отбор может быть эффективен лишь для признаков, которые контролируются одним или многими генами.

При индивидуальном отборе селекционер ориентируется на генотип и выделяет отдельных особей, что бы получить от них потомство. Такой отбор позволяет получить генетически однородную популяцию, которая состоит из гомозиготных по нужному признаку особей – чистую линию.

Отбор не всегда дает нужные результаты. Часто имеет место не генетически закрепленное изменение признака, а всего лишь модификация, которая представляет собой проявление признака в пределах нормы реакции. В таких случаях нужные признаки теряются у потомков. Кроме того, необходимо учитывать коэффициент наследуемости, который показывает долю генотипической изменчивости в потомстве. Например, отбор для племенного стада лучших несушек без учета признаков их родителей малопродуктивен, поскольку коэффициент наследуемости этого признака при массовом отборе составляет всего около 0,25. На яйценоскость сильно влияет среда, по этому куры, полученные от лучших и худших по этому признаку матерей несли примерно одинаковое количество яиц. При этом коэффициент наследуемости признака размера яиц гораздо выше (0,75), и большинство дочерей кур, несших крупные яйца, также несли крупные яйца; дочери матерей, несшие мелкие яйца проявляли тот же признак.

Гибридизация представляет собой скрещивание разнородных в генетическом отношении родительских форм. С ее помощью можно добиться внесение в геном ценных генов и получить нужную комбинацию признаков (например, если сорт обладает высокой продуктивностью, но подвержен заболеваниям, то скрещивание с устойчивыми формами делает потомства более выносливыми). Потомство таких родителей называется гибридным, а особи – гибридами. Гибридизация обязательно сочетается с последующим отбором наиболее удачных фенотипов среди потомства для разведения.

В зависимости от степени генетической близости родителей различают внутривидовую и отдаленную гибридизацию. Внутривидовая гибридизация – это направленное скрещивание между собой особей различных внутривидовых форм (подвидов, сортов, пород, чистых линий),  обладающих интересными для селекционера признаками. Отдаленная гибридизация – это скрещивание особей разных видов, позволяющее совместить в гибриде ценные качества неродственных групп. Таким путем были получены ценные гибриды пшеницы и пырея, пшеницы и ржи (тритикали), черешни и вишни и др. Иногда оказываются необходимы возвратные скрещивания с одной из родительских форм. Этот метод часто сопровождается трудностями, связанными с генетической несовместимостью родителей. Полученные гибриды могут быть стерильными (например, гибрид лошади и осла, гибридные самцы от яка и крупного рогатого скота). Одним из положительных для селекционеров последствием гибридизации является гетерозис.

Гетерозис (гибридная мощность) представляет собой повышенную продуктивность и жизнеспособность гибридов первого поколения. По этим показателям гибриды значительно превосходят родительские формы. Гетерозис очень эффективен, например, межлинейные гибриды сорго на 40 – 80 % урожайнее исходных сортов и обычных межсортовых гибридов, лука – на 30 – 45 %, кукурузы – на 25 – 30%. В настоящее время простые межлинейные гибриды кукурузы не используются из-за высоких затрат на получение семян. Селекционерам удалось вывести особые линии двойных гибридов, обладающие цитоплазматической мужской стерильностью. У растений таких линий пыльца не образуется, но при опылении пыльцой нормальной родительской линии на них обычным образом развиваются семена. Следовательно, на растениях с цитоплазматической мужской стерильностью образуются только гибридные семена.

Явление гетерозиса свойственно не только растениям, но и животным. Гибриды одно- и  двугорбого верблюда превосходят родителей размерами и силами, чрезвычайно сильны и выносливы мулы – гибриды кобылы с ослом, продуктивность гибрида яка и крупного скота, значительно выше, чем у родителей.

Между тем гетерозис проявляется не во всех  признаках. Он зависит от направления скрещивания, условия выращивания гибридов. Лучшие результаты дают скрещивания определенных видов, проверенных на способность образовывать высокопродуктивные гибриды.

А.Густафсон предложил классификацию различных типов гетерозиса у растений:

1. репродуктивный гетерозис – выражается лучшем развитии генеративных органов, что приводит к повышению урожайности семян и плодов;

2. соматический гетерозис – обеспечивает развитие вегетативной массы;

3. приспособительный, или адаптивный, гетерозис – проявляется в повышении общей жизнеспособности, что подтверждает адаптивную направленность этого явления.

Во всех случаях гетерозис носит временный характер, по этому гибридов последующих поколений продуктивность возвращается к состоянию исходных форм (у гетерозисных  гибридов кукурузы во втором поколении урожайность снижается на 35%, а в третьем на 50% по сравнению с первым). В настоящее время гетерозис широко используется в селекции растения животных, однако сам механизм гибридной мощности гибридов до сих пор не раскрыт.

Искусственный мутагенез стимулирует образования мутаций посредством искусственного воздействия мутагенными факторами. Высокий уровень мутаций стимулирует генетическую гетерогенность имеющейся группы и тем самым представляет селекционеру более обширный материал для отбора. Этот метод чаще всего используется для выведения новых сортов растений.

Полиплоидия является чрезвычайно полезным для селекционера источником наследственной изменчивости. Не зная генетических механизмов этого явления, селекционеры прошлого использовали его при выведении культурных сортов пшеницы, овса, хлопчатника, картофеля и особенно в цветоводстве. Сейчас это можно делать направленно. Воздействие на клетки раствором колхицина разрушает микротрубочки веретена деления и не позволяет хромосомам разойтись. В результате появляются клетки с удвоенным (по сравнению с обычным состоянием) набором хромосом. Если воздействовать колхицином на определенные клетки семян, проростов растений, а так же гаметы и эмбрионы животных, можно получить половые и соматические клетки с нужным набором хромосом. Полиплоидия может выражаться нарушениями мейоза, слиянием соматических клеток, удвоением хромосом в неделящихся клетках. Кроме того, полиплоиды могут образоваться в результате объединения генетического материала организмов разных видов. Известным примером является гибрид капусты и редьки, полученный Г.Д.Карпеченко.

Разработаны методы трансформации растений и животных путем использования клонированных генов. При этом можно получить организм с генами других видов, например мышь с геном соматотрофного гормона человека или крысы. Таким путем можно переносить гены полезных белков растениям.

«Предыдущая | Наверх | Следующая»