Генетика. Селекция

 

Юго-Западноазиатский с древней культурой Ирана, Малой  Азии, Сирии и Палестины. Средиземноморье  уже за несколько тысячелетий  до нашей эры сосредоточило этрусскую, эллинскую и египетскую культуры, насчитывающие около 6 тысяч лет  своего существования. Сравнительно примитивная  абиссинская культура имеет глубокие корни, вероятно, синхроничные древней  египетской культуре, а может быть, и предшествующие ей. В пределах Нового Света Центральноамериканский центр связан с великой культурой  майя, достигшей до Колумба огромных успехов в науке и искусстве. Андийский центр связан с замечательной  доинкской и инкской цивилизациями».  

 

В одной из своих лекций Николай Иванович обратил  внимание на отличие отечественного метода: «Специфической особенностью наших исследований является введение так называемого дифференциального  ботанико-географического метода, поскольку  в отношении культурных растений нас интересуют не только ареалы видов и родов, но, прежде всего, составляющие виды, разновидности и расы. В этом направлении советские исследователи пошли самостоятельно Крупные открытия, выпавшие на долю советской науки, обуславливаются именно нетронутостью этой области». 

 

Оценивая  учение о «Центрах происхождения  культурных растений», Вавилов не без  гордости говорил, что им была взята  трудная задача мобилизации растительных ресурсов всего земного шара.

 

 

    

   в) закон гомологических рядов наследственной изменчивости

Успех селекционной работы зависит  главным образом от генетического  разнообразия исходной группы растений или животных. Между тем генофонд существующих пород животных или  сортов растений, естественно, менее  разнообразен по сравнению с генофондом исходного дикого вида. Поэтому при  выведении новых сортов растений и пород животных очень важны  поиски и выявление полезных признаков  у диких предков. С целью изучения многообразия и географического  распространения культурных растений Н. И. Вавилов организовал многочисленные экспедиции как в пределах территории России, так и во многие зарубежные страны. В результате этих экспедиций был собран огромный семенной материал, который был использован для  селекционной работы. Н. И. Вавилов выделил 7 центров происхождения культурных растений (таблица 1).

Кроме того, Н. И. Вавиловым были сделаны  важные обобщения, послужившие крупным  вкладом в теорию селекции.

Изучение наследственной изменчивости у культурных растений и их предков  позволило Н. И. Вавилову сформулировать закон гомологических рядов наследственной изменчивости: «Виды и роды, генетически  близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с  такой правильностью, что, зная ряд  форм в пределах одного вида, можно  предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем  ближе генетически расположены  в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через  все роды и виды, составляющие семейство». Суть этого закона заключается в  том, что у близких по происхождению  видов и родов организмов возникают  сходные наследственные изменения. Так, у разных видов млекопитающих  встречаются формы бесшерстные, длинношерстные, короткопалые и т.д.

Этот закон имеет важное значение для селекции. Создать заново желательный  признак очень трудно. Гораздо  легче найти разновидность с  таким признаком и закрепить  его скрещиванием с другими формами. Опираясь на этот закон, Н. И. Вавилову и его сотрудникам удалось  найти не известные селекционерам  формы многих видов растений, собрать  богатейшую коллекцию сортов культурных растений.

На примере семейства злаковых Н. И. Вавилов показал, что сходные  мутации обнаруживаются у целого ряда видов этого семейства. Так, черная окраска семян встречается  у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и  ряда других за исключением овса, проса  и пырея, удлиненная форма зерна  – у всех изученных видов. У  животных также наблюдаются сходные  мутации: альбинизм и отсутствие шерсти у млекопитающих, альбинизм  и отсутствие перьев у птиц, короткопалость у крупного рогатого скота, овец, собак, птиц. Некоторые наследственные заболевания  и уродства, встречающиеся у человека, отмечены и у некоторых животных. Животных с такими болезнями используют в качестве модели для изучения аналогичных  дефектов у человека. Например, катаракта  глаза бывает у мышей, крыс, собак, лошадей; гемофилия – у мыши и  кошки; диабет – у крысы; врожденная глухота – у морской свинки, мыши, собаки и т.д. То, что сходные, наследственно обусловленные нарушения жизнедеятельности встречаются у представителей разных видов одного и того же класса – класса млекопитающих, убедительно подтверждает закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н. И. Вавилова. Появление сходных мутаций объясняется общностью происхождения генотипов. В процессе возникновения новых видов от одного общего предка различия между ними устанавливаются только по части генов, обусловливающих успешное существование в данных конкретных условиях. Многие гены у видов, имеющих общее происхождение, остаются неизменными и при мутировании дают сходные признаки.

Таким образом, обнаружение спонтанных или индуцированных мутаций у  одного вида дает основания для поисков  сходных мутаций у родственных  видов растений или животных.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости успешно используется в селекционной практике. Работа по созданию семенных коллекций сортов культурных растений и их дикорастущих предков, начало которой положил  Н. И. Вавилов, в наше время продолжается. В России в настоящее время  коллекция включает более 320 тыс. образцов, относящихся к 1041 виду растений. Сюда входят дикие виды, сородичи культурных растений, старые местные сорта, все  лучшее и новое, что создано за последнее время усилиями селекционеров  всех стран мира. Из мирового генофонда  ученые выделяют генетические источники  хозяйственно ценных признаков: урожайности, скороспелости, устойчивости к болезням и вредителям, засухоустойчивости, устойчивости к полеганию и др. Современные генетические методы дают возможность добиваться в селекции растений очень крупных успехов. Так, использование ценных генов  дикого эфиопского ячменя позволило  создать выдающийся по продуктивности сорт ярового ячменя Одесский 100.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г) коллекция культур

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости успешно используется в селекционной практике. Работа по созданию семенных коллекций сортов культурных растений и их дикорастущих предков, начало которой положил  Н. И. Вавилов, в наше время продолжается. В настоящее время коллекция  включает более 320 тыс. образцов, относящихся  к 1041 виду растений. Сюда входят дикие  виды, сородичи культурных растений, старые местные сорта. (таблица 2)

 

 

5. Методы современной селекции

   а) растений

Основные методы селекции вообще и  селекции растений в частности —  отбор и гибридизация. Для перекрестноопыляемых растений применяют массовый отбор особей с желаемыми свойствами. В противном случае невозможно получить материал для дальнейшего скрещивания. Таким образом получают, например, новые сорта ржи. Эти сорта не являются генетически однородными. Если же желательно получение чистой линии — то есть генетически однородного сорта, то применяют индивидуальный отбор, при котором путем самоопыления получают потомство от одной единственной особи с желательными признаками. Таким методом были получены многие сорта пшеницы, капусты, и т. п.

Для закрепления полезных наследственных свойств необходимо повысить гомозиготность нового сорта. Иногда для этого применяют самоопыление перекрестноопыляемых растений. При этом могут фенотипически проявиться неблагоприятные воздействия рецессивных генов. Основная причина этого — переход многих генов в гомозиготное состояние. У любого организма в генотипе постепенно накапливаются неблагоприятные мутантные гены. Они чаще всего рецессивны, и фенотипически не проявляются. Но при самоопылении они переходят в гомозиготное состояние, и возникает неблагоприятное наследственное изменение. В природе у самоопыляемых растений рецессивные мутантные гены быстро переходят в гомозиготное состояние, и такие растения погибают, выбраковываясь естественным отбором.

Несмотря на неблагоприятные последствия  самоопыления, его часто применяют  у перекрестноопыляемых растений для  получения гомозиготных («чистых») линий с нужными признаками. Это  приводит к снижению урожайности. Однако затем проводят перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями и в результате в ряде случаев получают высокоурожайные  гибриды, обладающие нужными селекционеру свойствами. Это метод межлинейной  гибридизации, при котором часто  наблюдается эффект гетерозиса: гибриды первого поколения обладают высокой урожайностью и устойчивостью к неблагоприятным воздействиям. Гетерозис характерен для гибридов первого поколения, которые получаются при скрещивании не только разных линий, но и разных сортов и даже видов. Эффект гетерозиготной (или гибридной) мощности бывает сильным только в первом гибридном поколении, а в следующих поколениях постепенно снижается. Основная причина гетерозиса заключается в устранении в гибридах вредного проявления накопившихся рецессивных генов. Другая причина — объединение в гибридах доминантных генов родительских особей и взаимное усиление их эффектов.

В селекции растений широко применяется  экспериментальная полиплоидия, так как полиплоиды отличаются быстрым ростом, крупными размерами и высокой урожайностью. В сельскохозяйственной практике широко используются триплоидная сахарная свекла, четырехплоидные клевер, рожь и твердая пшеница, а также шестиплоидная мягкая пшеница. Получают искусственные полиплоиды при помощи химических веществ, которые разрушают веретено деления, в результате чего удвоившиеся хромосомы не могут разойтись, оставаясь в одном ядре. Одно из таких веществ — колхицин. Применение колхицина для получения искусственных полиплоидов является одним из примеров искусственного мутагенеза, применяемого при селекции растений.

Путем искусственного мутагенеза и  последующего отбора мутантов были получены новые высокоурожайные сорта  ячменя и пшеницы. Этими же методами удалось получить новые штаммы грибов, выделяющие в 20 раз больше антибиотиков, чем исходные формы. Сейчас в мире культивируют более 250 сортов сельскохозяйственных растений, созданных при помощи физического и химического мутагенеза. Это сорта кукурузы, ячменя, сои, риса, томатов, подсолнечника, хлопчатника, декоративных растений.

При создании новых сортов при помощи искусственного мутагенеза исследователи  используют закон гомологических рядов  Н. И. Вавилова. Организм, получивший в  результате мутации новые свойства, называют мутантом. Большинство мутантов имеет сниженную жизнеспособность и отсеивается в процессе естественного отбора. Для эволюции или селекции новых пород и сортов необходимы те редкие особи, которые имеют благоприятные или нейтральные мутации.

К одному из достижений современной  генетики и селекции относится преодоление  бесплодия межвидовых гибридов. Впервые  это удалось сделать Г. Д. Карпеченко при получении капустно-редечного  гибрида. В результате отдаленной гибридизации было получено новое культурное растение — тритикале — гибрид пшеницы с рожью. Отдаленная гибридизация широко применяется в плодоводстве.

 

 

б) животных

Основные принципы селекции животных не отличаются от принципов селекции растений. Однако селекция животных имеет некоторые особенности: для них характерно только половое размножение; в основном очень редкая смена поколений (у большинства животных через несколько лет); количество особей в потомстве невелико. Поэтому в селекционной работе с животными важное значение приобретает анализ совокупности внешних признаков, или экстерьера, характерного для той или иной породы.

Одомашнивание животных. Одним из важнейших достижений человека на заре его становления и развития (10—12 тыс. лет назад) было создание постоянного и достаточно надежного источника продуктов питания путем одомашнивания диких животных. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов, отвечающих требованиям человека. У домашних животных весьма развиты отдельные признаки, часто бесполезные или даже вредные для их существования в естественных условиях, но полезные для человека. Например, способность некоторых пород кур давать более 300 яиц в год лишена биологического смысла, поскольку такое количество яиц курица не сможет высиживать. Поэтому в естественных условиях одомашненные формы существовать не могут.

Одомашнивание привело к ослаблению действия стабилизирующего отбора, что  резко повысило уровень изменчивости и расширило его спектр. При  этом одомашнивание сопровождалось отбором, вначале бессознательным (отбор  тех особей, которые лучше выглядели, имели более спокойный нрав, обладали другими ценными для человека качествами), затем осознанным, или  методическим. Широкое использование  методического отбора направлено на формирование у животных определенных качеств, удовлетворяющих человека.

Процесс одомашнивания новых животных для удовлетворения потребностей человека продолжается и в наше время. Например, для получения модной и высококачественной пушнины создана новая отрасль  животноводства — пушное звероводство.

Отбор и типы скрещивания. Отбор  родительских форм и типы скрещивания  животных проводятся с учетом цели, поставленной селекционером. Это может  быть целенаправленное получение определенного  экстерьера, повышение молочности, жирности молока, качества мяса и т. д. Разводимые животные оцениваются  не только по внешним признакам, но и по происхождению и качеству потомства. Поэтому необходимо хорошо знать их родословную. В племенных  хозяйствах при подборе производителей всегда ведется учет родословных, в  которых оцениваются экстерьерные особенности и продуктивность родительских форм в течение ряда поколений. По признакам предков, особенно по материнской  линии, можно судить с известной  вероятностью о генотипе производителей.

В селекционной работе с животными  применяют в основном два способа  скрещивания: аутбридинг и инбридинг.

Аутбридинг, или неродственное  скрещивание между особями одной  породы или разных пород животных, при дальнейшем строгом отборе приводит к поддержанию полезных качеств  и к усилению их в ряду следующих  поколений.

При инбридинге в качестве исходных форм используются братья и сестры или родители и потомство (отец—дочь, мать—сын, двоюродные братья—сестры  и т. д.). Такое скрещивание в  определенной степени аналогично самоопылению у растений, которое также приводит к повышению гомозиготности и, как  следствие, к закреплению хозяйственно ценных признаков у потомков. При  этом гомозиготизация по генам, контролирующим изучаемый признак, происходит тем  быстрее, чем более близкородственное  скрещивание используют при инбридинге. Однако гомозиготизация при инбридинге, как и в случае растений, ведет  к ослаблению животных, снижает их устойчивость к воздействию среды, повышает заболеваемость. Во избежание  этого необходимо проводить строгий  отбор особей, обладающих ценными  хозяйственными признаками.