Новейшие методы селекции растений

(клеточная инженерия, хромосомная инженерия, генная инженерия)

Клеточная инженерия

 

· Культивирование отдельных клеток или тканей на искусственных стерильных питательных средах, содержащих аминокислоты, гормоны, минеральные соли и другие питательные компоненты (отдельные изолированные от организма клетки в этих условиях продолжают деление и способны к регенерации – формированию полноценных растений из культуры недифференцированых клеток – каллюса, т. е обладают тотипотентностью)

Селективные среды

· Если необходимо, например, получить солеустойчивые растения, то составляется специальная питательная среда с повышенным содержанием солей (NaCl), в которой культивируются клетки растений (большинство клеток погибает в такой среде, но отдельные выживают и из них могут регенерировать целые растения - селекция на клеточном уровне, когда отбираются не растения, а клетки из которых потом воспроизводятся растения)

Метод гаплоидов

Гаплоиды – организмы с уменьшенным вдвое числом хромосом (в ядрах клеток из каждой пары гомологичных хромосом, характерных для диплоидов, присутствует только одна хромосома); гаметы всегда имеют гаплоидный набор хромосом, в том числе и мужские (пыльцевые зёрна)

· Разработан метод проращивания пыльцевых зёрен на искусственных питательных средах и получение из них полноценных гаплоидных растений, имеющих только одну аллель из каждой гетерозоготной пары

· Проращивание пыльцы гибридных гетерозиготных организмов, регенерация из неё гаплоидных растений и удвоение у них числа хромосом приводит к очень быстрому получению полностью гомозиготных растений

· С помощью гаплоидов создание сорта занимает 2 –3 года вместо 10 лет при использовании традиционных методов (принудительное самоопыление гибридных гетерозиготных организмов до восьмого поколения)

 

Хромосомная инженерия

· Метод основывается на возможности замены или добавлении новых отдельных хромосом у растений

· Возможно уменьшение или увеличение числа хромосом в любой гомологичной паре – анеуплоидия (гетероплоидия); возможна одновременная анеуплоидия по нескольким парам негомологичных хромосом

Дисомик – диплоидный организм, имеющий в клетках пары гомологичных хромосом (немутантная норма)

Моносомик (по определённой хромосоме)– диплоидный организм, имеющий в какой – либо паре хромосом только одну гомологичную хромосому (имеют хромосомный набор 2n – 1)

Трисомик (по определённой хромосоме) – диплоидный организм, имеющий в какой – либо паре хромосом третью хромосому (имеют хромосомный набор 2n + 1)

Нуллисомик (по определённой хромосоме) – диплоидный организм, не имеющий в геноме одной пары гомологичных хромосом (имеют хромосомный набор 2n – 2)

· В редких случаях возможно появление организмов с двумя дополнительными хромосомами к гомологичной паре (2n + 2) – тетрасомик и даже тремя (2n + 3) – пентасомик

· Возможна замена одной или обоих гомологичных хромосом в гаметах, например, одного сорта пшеницы на ту же пару, но другого сорта (при этом один неудовлетворительный признак данного сорта заменяется на тот же, но более сильный признак другого сорта, например, качество зерна или устойчивость сорта к болезням)

· Возможны замены отдельных хромосом одного вида (например, пшеницы) на хромосомы другого вида, близкого по происхождению (например, ржи); полученные таким путём формы называются замещёнными линиями

· Возможно введение в геном определённого вида или сорта какой – либо пары хромосом другого вида растений, которые определяют развитие признака, отсутствующего у первого вида (формы, полученные таким путём называют дополнительными линиями)

 

Генная инженерия

 

· Метод основан на искусственном переносе нужных генов от одного вида живых организмов (бактерий, животных, растений) в гаметы или клеточную культуру другого далёкого по происхождению вида

Трансгенные растения или животные – это растения или животные, геном которых изменён в результате переноса в них генов других организмов

· Таким путём были получены формы томатов, картофеля, табака, рапса, устойчивые к разнообразным вредителям (ген бактерий, контролирующий синтез белка эндотоксина насекомых с помощью природных переносчиков генов – бактериальных плазмид внедрён в ДНК растительных клеток, которые при культивировании их на питательных средах развились в полноценные растения, на листьях которых гусеницы насекомых – вредителей погибают; токсин безвреден для человека)

Селекция животных

 

· Имеет ряд особенностей по сравнению с селекцией растений, объективно затрудняющих её проведение

1. Характерно в основном только половое размножение (отсутствие вегетативного размножения)

2. Немногочисленное потомство; каждая особь имеет представляет большую селекционную ценность

3. Преимущественно индивидуальный отбор производителей

4. Отсутствие самооплодотворения

5. Позднее наступление половой зрелости

6. Невозможность полиплоидии у домашних животных

7. Продуктивностью обладает часто только один пол; необходимость определения наследственных признаков самца, которые у них непосредственно не проявляются (молочность, яйценоскость)

8. Необходимость учёта экстерьерных признаков

Экстерьер – общее строение животного – его внешний вид, телосложение, соотношение частей тела

а) существует прямая связь между высокой продуктивностью по тому или иному признаку и определёнными экстерьерными особенностями

9. Изменение внешних условий изменяет только на самый продуктивный признак породы

а) улучшение рациона приводит к увеличению привесов у мясных пород и удойности у молочных КРС

 

Методы селекции животных

Одомашнивание

· Началось около 10 – 5 тыс. назад в эпоху неолита (ослабило действие стабилизирующего естественного отбора, что привело к увеличению наследственной изменчивости и повышению эффективности отбора)

· Области приручения животных совпадают с центрами происхождения культурных растений, которые находятся в очагах первичного земледелия древнейших цивилизаций (вначале отбор был бессознательным, затем принял характер методического)

· Тарпан – предок лошади (был одомашнен в Приднепровье 4300лет назад и первоначально использовался в пищу)

· Тур – предок крупного рогатого скота (одомашнен в Европе)

· Архар, муфлон, аргали – предки овец (одомашнены в Передней Азии 8 - 12 тыс. лет назад)

· Волки – предки собак (одомашнен в индонезийско – индокитайском центре 12 –14 тыс. лет назад)

· Буланная нубийская кошка – предок домашней кошки (одомашнена в Египте 5000 тыс. лет назад)

· Европейский и азиатский дикий кабан – предок свиней (одомашнен в Евразии около 4500 лет назад)

· Безоаровый козёл – предок домашних коз (одомашнен в Малой Азии)

· Дикая банкивская курица – предок домашних кур (одомашнена индонезийском центре)

· Кряква – предок домашних уток (одомашнивание произошло в V в. до. н. э. в Греции

· Дикий сизый голубь – предок пород современных голубей (время приручения неизвестно)

· Дикий серый гусь – предок европейских пород домашних гусей (первые среди одомашненных птиц)

· Сейчас идёт приручение пушных – лисицы, соболя, норки, нутрии и др.(работы акад. Беляева Д.К.) лося глухаря и т. д.

 

Скрещивание (гибридизация)

· Существуют два метода скрещивания: родственное (инбридинг) и неродственное (аутбридинг)

· При подборе пары учитывают родословные каждого производителя (племенные книги, учитывающие признаки и продуктивность предков)

Родственное скрещивание (инбридинг) – скрещивание животных, находящихся в близких степенях родства (родители х потомки, братья х сёстры)

· Приводит к развитию и закреплению желательных хозяйственно ценных признаков

· Сопровождается депрессией – резким ослаблением жизнеспособности и продуктивности инбредных гибридов (связана с переходом летальных и полулетальных рецессивных генов в гомозиготное состояниеи их фенотипической реализацией)

· Приводит к формированию чистых инбредных депрессивных линий

· Сопровождается последующим строгим индивидуальным отбором

· Обычно за инбридингом следует неродственная межлинейная гибридизация (перевод генов в гетерозиготное состояние и устранение негативного действия рецессивных аллелей и связанных с ними мутаций);

· У межлинейных гибридов возникает эффект гетерозиса – резкое повышение жизнеспособности и продуктивности у гибридов первого поколения при неродственном скрещивании и межлинейной гибридизации

· Гетерозис не сохраняется в последующих поколениях (в хозяйстве используются только животные первого поколения)

· Примеры гетерозиса в животноводстве: бройлерные цыплята достигают массы 2,5 – 3 кг за семь недель; лучшие породы кур дают по 400 яиц в год на несушку, лучшие породы КРС дают по 10 тыс. кг. молока на корову за год

Неродственно скрещивание (аутбридинг)

· Может быть внутрипородное и межпорордное, межвидовое или межродовое (систематически отдалённая гибридизация)

· Сопровождается эффектом гетерозиса гибридов F₁