Методи селекції

Вертьянов С. Ю.

Основними методами селекції є відбір і гібридизація, а також мутагенезу, поліплоїдії, клітинна та генна інженерія. Як правило, ці методи комбінують. Залежно від способу розмноження виду застосовують масовий або індивідуальний відбір. Серед перехресно-запилюють рослин зазвичай проводиться масовий відбір в декількох поколіннях до тих пір, поки що цікавить ознака досягне можливо більшою мірою вираженості. Сорт виходить генетично неоднорідним, і тому відбір час від часу повторюють.

При індивідуальному відборі від потомства кожної особи в ході самозапилення рослин або близькоспорідненого схрещування тварин (інбридингу -? англ. in всередині? breeding розведення) отримують чисті лінії - групи особин, гомозиготних по досліджуваним ознаками. У кожному наступному поколінні відповідно до другого законом Менделя половина нащадків гетерозигот стають гомозигота, до 7-8-му поколінню досягається практично 100% рівень гомозиготності. Інбридинг різко знижує життєздатність і плідність, але разом з тим закріплює нові корисні ознаки. У чистих лініях ознаки виявляються найбільш повно.

Після отримання чистої лінії відбір перестає діяти внаслідок однорідності популяції (її гомозиготності). Для подальшого вдосконалення ознак проводять гібридизацію - отримання гібридів, які об'єднують спадковий матеріал генетично різнорідних організмів. Гібридизація кращих чистих ліній дає неоднорідність сорту за генотипом і матеріал для подальшого відбору.

Гетерозис. Гібриди між чистими лініями по ряду ознак істотно перевершують батьківські особи. Пояснюється це тим, що їх генотип відповідно до першого законом Менделя об'єднує все нормально функціонуючі домінантні гени батьків. Цей ефект отримав назву гетерозису, або гібридної сили. На явище гетерозису в першому поколінні гібридів рослин вказував ще у XVIII ст. почесний академік Петербурзької академії наук, німецький ботанік І. Кельрейтер. Інтенсивне застосування гетерозису в селекції почалося тільки в 1930-х роках.

В рослинництві гетерозис спостерігається, наприклад, при схрещуванні чистих ліній кукурудзи. Рослини чистих ліній низькорослі і маловрожайних. Їх гібриди проявляють гетерозис внаслідок комбінування сприятливих генів вихідних особин. Врожайність гетерозисних гібрида кукурудзи в 1,5-2 рази перевершує врожайність вихідних сортів.

До жаль, ефект гібридної сили виявляється тільки в F1 і помітно знижується вже в F2 (у кукурудзи в F2 - на 35%, в F3 - на 50%): у відповідності з другим законом Менделя з'являються рецесивні гомозиготи і вже меншу кількість ознак визначається домінантними генами. Тому в сільському господарстві підтримують самозапильні чисті лінії. Шляхом їх перехресного запилення одержують насіння F1, з яких виростають гетерозисних рослини.

Гібриди курей, отримані від схрещування двох чистих ліній породи леггорн, значно перевершують своїх батьків по несучості, вагою яєць і вагою дорослих курей. У тваринництві для відтворення внутрішньовидових гетерозисних гібридів підтримують чисті батьківські лінії шляхом інбридингу.

поліплоїдії і віддалена гібридизація. Генотип багатьох культурних рослин містить більше двох наборів хромосом - вони поліплоїдні. Деякі поліплоїдії володіють швидким ростом, високою врожайністю, підвищеною стійкістю до дії несприятливих чинників. Високі характеристики досягаються багаторазовість набору домінантних генів, які контролюють прояв сприятливих ознак (їх полімерів). Дублювання ДНК захищає організм від ушкодження мутаціями.

Природний поліплоїдії м'яка пшениця містить в генотипі шестиразовий набір хромосом споріднених злаків, тверда пшениця - чотириразовий. Поліплоїдні є і інші сільськогосподарські культури: картопля, бавовна, овес, садові суниця, люцерна, деякі сорти гречки, жита, цукрових буряків і соняшнику. Селекціонери Японії навчилися вирощувати тріплоідную форму кавунів, які не мають насіння (кратність непарна, хромосоми залишаються без пари і не кон'югуються, мейоз порушується). Для цього вони схрещують особи з тетраплоідним і диплоїдної набором. У покритонасінних культур 30-35% складають поліплоїдії, серед них у злакових трав ця частка ще більше - 70%. У північних широтах і високогірних районах поліплоїдії складають 80% рослин.

Зазвичай схрещування відбувається в межах виду, але іноді вдається одержувати гібриди рослин різних видів і навіть різних родів. Такі схрещування називають віддаленій гібридизацією. Гібрид пшениці та жита тритикале вдало поєднує цінні якості обох культур. Він дає високий урожай зерна і зеленої маси з високими кормовими якостями. Гібридизація пшениці з пирієм дозволила вивести засухостійкий і морозостійкий зернокормовой сорт пшениці з надзвичайно високою врожайністю.

гетерозисних гібриди коня і осла (мул), одногорбий і двогорбий верблюд (нар) мають великою силою і витривалістю. Гібриди тонкорунних овець з диким гірським бараном архарів (архаромерінос) відрізняються вовною високої якості. Віддалені гібриди (міжвидові, міжродовим) тварин безплідні. Причина їх стерильності -- розходження хромосом. Гомологічні хромосоми мають різну будову і не можуть кон'югованих. Згадаймо, що при нормальному ході мейозу кон'юговані гомологічні пари расцепляются і розходяться до різних полюсів ділення. У разі схрещування віддалених гібридів гомологічні пари не кон'югуються і тому розходяться не до різних полюсів, а випадковим чином, в гаметах виявляються довільні набори хромосом. Такі гамети зазвичай нежиттєздатні.

Одним з основних методів подолання стерильності віддалених гібридів є використання поліплоїдії. Веретено поділу руйнують спеціальними речовинами (наприклад, колхіцином), в результаті подвоїла хромосоми залишаються в одній клітині. Гомологічні хромосоми кожної батьківського особи завдяки кратності набору кон'югуються між собою, і нормальний перебіг мейозу відновлюється.

Вперше успішно подолати безпліддя віддалених гібридів за допомогою поліплоїдії вдалося російській генетику Г. Д. Карпеченко в 1924 р. Він отримав міжродовим гібрид капусти та редьки. В обох цих видів міститься по 9 хромосом в гаплоїдном наборі. Гібрид (амфігаплоід -? Грец. Amphi навколо, з обох сторін) має 18 хромосом і безплідний: 9 капустяних і 9 редечних хромосом НЕ кон'югуються в мейозі. У амфідіплоідном гібрид (18 хромосом капусти і 18 хромосом редьки) капустяні хромосоми кон'югуються з капустяними, а редечние - з редечнимі, і гібрид благополучно плодоносить. Гібрид нагадує і капусту і редьку. Його стручки складаються з двох стикованих стручків, один з яких схожий на капустяний, а інший - на редечний.

поліплоїдії у тварин зустрічається досить рідко. Відомому російському вченому Б. Л. Астаурову вдалося шляхом віддаленої гібридизації з подальшим використанням поліплоїдії отримати поліплоїдні форми шовковичного шовкопряда. Гібрид об'єднує хромосоми двох початкових видів і нормально розмножується.

Штучний мутагенезу. У природних умовах мутації відбуваються дуже рідко. Для того щоб підвищити різноманітність вихідного генетичного матеріалу для селекції, кількість мутацій у початкових видів штучно збільшують, використовуючи різні мутагени: ультрафіолетові і рентгенівські промені, гамма-випромінювання, теплові і швидкі нейтрони, ряд спеціальних хімічних мутагенів. Цей метод застосуємо в основному тільки для рослин і мікроорганізмів. Переважна більшість виникаючих мутацій знижують життєздатність, але іноді з'являються і такі, які становлять інтерес для селекції. У рідкісних випадках мутантні рослини відразу володіють бажаними якостями, звичайно для отримання потрібних ознак мутанти піддаються гібридизації та відбору.

Сорт ярої пшениці "Новосибірськ-67" виведений на основі мутантної форми, отриманої при опроміненні рентгенівськими променями насіння сорту "Новосибірськ-7". Методом мутагенезу виведений відомий на Україні сорт "киянка". Обидва ці сорти мають коротку і потовщення солому, охороняє від полягання в період збирання.

Клітинна інженерія - сукупність методів конструювання кліток нового типу на основі їх культивування, гібридизації та реконструкції. Методи клітинної інженерії лежать в основі ряду біотехнологічних процесів, широко застосовуються в селекції рослин і тварин.

Метод штучного одержання рослин на основі явища регенерації. З культури клітин або тканин багатьох рослин виявилося можливим відразу вирощувати повноцінні рослини з бажаними властивостями. Так, якщо потрібно посилити солеустойчівость рослини, то в живильне середовище додають збільшене кількість солі. Ті, хто вижив клітини формують солеустойчівий клон. Відбір в даному випадку піддається не ціле рослина, а тільки окремі клітини. Не виходячи з лабораторії, вчений може провести відбір у тисяч рослин.

Метод гаплоідов. На спеціальних середовищах вчені вирощують рослини з клітин пилкових зерен. Гаплоїдний набір пилку штучно роблять диплоїдні, в результаті організм стає гомозиготних відразу по всіх генів. Економляться роки селекційних робіт під час отримання чистих ліній.

Метод гібридизації соматичних клітин використовує процедуру злиття протопластів -- клітин рослин, які втратили свої оболонки за допомогою обробки спеціальними ферментами. Таким шляхом вдається долати міжвидові і навіть міжродовим бар'єри. Розроблено методи, що дозволили отримати гібриди неделящіхся В-лімфоцитів з пухлинними клітинами мишей - гібридоми, вони продукують антитіла, необхідні в діагностиці та лікуванні хвороб людини, і володіють здатністю до необмеженого поділу.

Клонування тварин. Нагадаємо, що клоном називають потомство однієї клітини, отримане нестатевим шляхом. Всі нащадки в клоні генетично ідентичні. У одноклітинних мікроорганізмів клонування - основний спосіб розмноження. У рослин широко поширене вегетативне розмноження, по суті його можна розглядати як спосіб клонування. Рослина можна клонувати, виростивши його з однієї соматичної клітини. У деяких безхребетних також нескладно отримувати клони. Так, якщо зародок морського їжака на ранній стадії дроблення штучно розділити на бластомери, то з кожного розвинеться морський їжак. Клонами є також організми, розмножилися партеногенетичного, а у людей - однояйцеві близнюки.

В останнє десятиліття активно вивчається можливість штучного масового клонування унікальних тварин, цінних для сільського господарства. Основний підхід полягає в перенесенні ядра з диплоїдної соматичної клітини в яйцеклітину, з якої попередньо видалено власне ядро. Яйцеклітину з підміненого ядром стимулюють до дроблення (часто електрошоком) і поміщають тваринам для виношування. Таким шляхом в 1997 р. в Шотландії від ядра диплоїдної клітини з молочної залози вівці-донора з'явилася овечка Доллі. Вона стала першим клоном, штучно отриманим у ссавців. Це досягнення належить Яну Вільмута та його співробітникам. Незабаром в інших країнах були отримані клони телят, мишей та інших тварин.

Однак говорити про масове клонування тварин передчасно. Ефективність клонування вкрай низька: маніпуляції з яйцеклітиною в умовах in vitro (поза організму), особливо заміна ядра, порушують складну і тендітну організацію яйцеклітини, тому серед клонів високий відсоток різних вроджених аномалій. При клонування овець з 236 спроб успіх був тільки в одному випадку, та й то відносний: за комплексом фізіологічних параметрів Доллі постаріла вже до моменту досягнення розмірів дорослої вівці. Не набагато кращими були результати і у послідовників Вільмута. Таким чином, доцільність масового клонування тварин викликає серйозні сумніви.

Розглядається питання і про можливість клонування людини - видатної особистості, улюбленого родича або себе самого. Набір генів не визначає особистість, однояйцеві близнюки мають однаковий набір генів, але вони - різні люди. Згідно християнського вчення, людина тільки одного разу живе на землі, відповідно до таким розумінням не можна народитися заново в клоні. Клонування людини неприпустимо, оскільки штучні клони приречені на нещасну життя з каліцтвами та серйозними порушеннями здоров'я, - а головне, це було б втручанням у Богом даний порядок. У більшості країн після першого повідомлень про клонування тварин був введений сувора заборона на експерименти з клонування людини.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru