21. Мутагенез как метод создания имсходного материала для селекции

типы мутаций и их проявление

- два основных типа: генные, или точковые, и хромосомные перестройки. Первые - нарушение специфической последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.→не приводит к нарушениям конъюгации хромосом в мейозе и процесса кроссинговера

- Второй тип мутаций характеризуется разрывами и перестройками хро­мосом. → про­явление нового признака или свойства. Для се­лекции более важны генные мутации, так как хромосомные перестройки обычно приводят к отрицательным последствиям, в частности к снижению плодовитости.

-полиплоидия, гаплоидия- геномные мутации.

* при возникновении рецессивной мута­ции в гамете диплоидного вида получается внешне нормальное потомство. Доминантная мутация впервые появилась в половых клетках.

Мутации, даже доминантные или полудоминантные, не все­гда можно обнаружить в потомстве - случаи, когда признак определяется совместным влиянием нескольких или многих генов, каждый из которых в отдельности обладает слабым действием.

методы индуцирования мутаций

→воздействие на организмы различными факторами, называемыми мутагенами→можно резко повы­сить их мутационную изменчивость. →селекционер отбирает среди мно­гих вредных и бесполезных мутантов единичные ценные образ­цы и использует их при выведении новых сортов.

* ио­низирующие излучения- чаще всего рентгеновское и гамма-излучения, α- и β-частицы, быстрые и медленные нейтроны. Высокой мутагенной активностью обладают и радиоактивные изотопы³²Р и ³⁵S. Однако из-за трудностей их хранения и использования по­следний источник излучения мало удобен для селекционеров. Чувствительность различных растений к радиации неодина­кова

- рентген (Р) или рад - отнесены к внесистемным единицам и не допускаются к применению.

единицы излучения принят грей (Гр). 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

* химические вещества – Этиленимин , Этилметансульфонат, Гидроксиламин , Бисдиазоацетилбутан, Диметилсульфат, Нитрозоэтилмочевина, Нитрозометилмочевина (Концентрация водного раствора, % 0,005 – 0,01)

ОБНАРУЖЕНИЕ ИНДУЦИРОВАННЫХ МУТАЦИЙ И ДАЛЬНЕЙШАЯ РАБОТА С НИМИ

Облученные семена обычно высевают в поле широкорядным способом. Растения, выращенные из семян, обработанных мутагенами - М1. Потомство из семян М1 -М2 и т.д.

методы учета мутаций:. 1) процент мутантных семей в М2, 2) про­цент мутантных особей к общему числу проанализированных в M2 растений; 3) процент мутаций на 100 семей M2

*Для получения мутаций у самоопылителей - воздей­ствуют мутагенами на семена. →зародыш, и взрослое расте­ние - химеру, т.е. организм, состоящий из исходных и измененных тканей. мутация, возникшая в зародыше семени ячменя, редко охватывает более одного колоса.

* с зерновыми культурами: Из каждого колоса растений М1 отбирают 20 зерен и высевают их широко­рядным способом короткими рядками. в M2 берут 300—500 семей. → тщательно наблюдают и регистрируют все отклонения от нормы у М2. При обнаружении цен­ной мутации измененное растение убирают отдельно и на сле­дующий год его семена высевают для получения М3.

Многие мутантные формы довольно трудно выявить в М2, например, устойчивость растений к болезням→отбор устойчивых мутантов целесообразно проводить при искусственном заражении в поле или в теплице.

В Мз - Потомства лучших мутантов высевают для получения М4 (испытание на ценный необходимый признак).

Большое значение в – микромутации (отдельные физиологические отклонения), например проявление раннеспелости, увеличение размера зерна и т.д. Частота микромута­ций выше, чем макромутаций. Однако их отбор в М₂ крайне затруднен вследствие параллельной модификационной изменчивости→применяют следующую мето­дику. Из каждого рядка М2 отбирают по наилучшему растению, не обнаруживающему мутантных признаков. Семена с этих растений высевают для получения М3 и отыскивают мутантные потомства, незначи­тельно отклоняющиеся от исходного материала.

* У перекрестноопыляющихся культур доминантные мутации так могут быть обнаружены среди растений первого поколения. Однако для получения их в гомо­зиготном состоянии необходимо осуществить принудительное самоопыление мутантного растения. Только при этом условии гомозиготные мутанты можно выделить на второй год.

Обнаружение рецессивных мутаций у перекрестноопыляю­щихся культур связано с определенными трудностями. Для их выявления необходимо применять самоопыление или переопы­ление внутри семьи. → у перекрестников удается выявить гораздо меньше рецессивных мутаций, чем у самоопылителей.

для скорейшего выделе­ния мутантов (прежде всего с рецессивными признаками) необ­ходимо изолировать каждое растение M2 для предотвращения переопыления, а в дальнейшем вести размножение по семьям. У культур, не допускающих самоопыления, следует проводить переопыление внутри семьи в M2.

направления и основные достижения селекции с использованием мутагенеза

В селекции с помощью индуцированного мутагенеза можно решать различные задачи, из которых следует назвать три главные.

1. Обеспечение изменчивости с широким спектром мутаций и высокой частотой их появления в целях получения исходного материала для отбора. →селекционер отбирает среди сотен изменений единичные ценные формы и использу­ет их при выведении новых сортов.

Часто мутанты одновременно с положительными отклоне­ниями имеют и отрицательные → скрещивания с лучшими сортами или другими мутантами с целью передачи только ценного изменения.

2. Индуцирование мутантов со специфическими изменениями отдельных признаков в целях исправления некоторых дефектов сортов. другие хозяйственно важные признаки оставались неизменными.

Данный принцип был с успехом применен для улучшения качества зерна сортов риса, обла­дающих высокой урожайностью и устойчивостью к бактериаль­ным и грибным болезням.

3. Решение специальных селекционных задач, например, увеличение рекомбинации генов и разрывов нежелательных сцеплений, перенос фрагментов хромосом одного вида растений в хромосомы другого вида при отдаленной гибридизации, получение гомозиготных мутантов путем воздействия на гаплоиды излучениями и последующего удвоения у них числа хромосом и т.д. Один из подобных случаев был рассмотрен выше.

В результате применения мутагенных факторов возникают разнообразные типы полезных изменений, которые и исполь­зуют в селекционной работе. Сейчас этот метод применяют в селекции всех основных культур. Среди мутантов довольно час­то можно выделить растения с повышенной прочностью стебля. Эта мутация была обнаружена у ячменя, пшеницы, овса, риса.