Тема 2. Методы селекции: гибридизация, экспериментальный мутагенез, полиплоидия

Исходный материал, существующий в природе (созданные местные и селекционные сорта, гибриды, популяции дикорастущих растений), далеко не всегда способствует решению задач, стоящих перед современной селекцией. Поэтому необходимо создавать искусственными методами новый исходный материал, характеризующийся генетической изменчивостью признаков и свойств. Этому могут способствовать гибридизация, экспериментальный мутагенез, полиплоидия.

Гибридизация – основной метод создания популяций для отбора в селекции большинства сельскохозяйственных растений. Он позволяет создать генетически разнокачественный исходный материал, что расширяет возможности выбора родоначальных растений с новыми признаками и свойствами.

Гибридизация может происходить как половым (скрещивания), так и неполовым (вегетативная, соматическая гибридизация, трансформация и трансдукция) путем. В зависимости от видовой принадлежности скрещиваемых форм различают гибридизацию внутривидовую и отдаленную (межвидовая и межродовая). При отдаленной гибридизации в зиготу объединяются гаметы, которые могут различаться и по количеству, и по качеству хромосом. Поэтому потомство будет характеризоваться высоким генетическим разнообразием. Однако возможности отдаленной гибридизации ограничиваются рядом факторов, основными из которых являются анатомические особенности строения цветка, физиологическая несовместимость ядра и цитоплазмы, нежизнеспособность зиготы, погибающей на ранних стадиях развития, стерильность полученных гибридов и др. Современной селекцией разработаны методы преодоления встречающихся трудностей на этапах скрещивания, развития гибридных семян, выращивания F₁.

Успех применения данного метода во многом зависит от правильности подбора родительских компонентов и типа скрещивания. Подбор пар для гибридизации может вестись по принципу взаимного дополнения и по наименьшему числу отрицательных признаков и свойств, по эколого-географическому принципу и другим. В зависимости от решаемой задачи используют однократные или многократные скрещивания, привлекая к скрещиваниям родительские формы не только разных видов и родов, но разных биотипов, экотипов, а также источники и доноры отдельных хозяйственно ценных признаков и свойств.

Экспериментальный мутагенез – процесс возникновения наследственных изменений (мутаций) под влиянием естественных или искусственных мутагенных факторов. Данный процесс лежит в основе эволюции растительного мира. Для селекции представляют практический интерес искусственно направляемый мутационный процесс. Для этого применяются физические и химические факторы, имеющие разный мутагенный эффект. Их действие основано на изменение структуры гена, хромосомы или геномного состава. Отсюда различают мутации генные (точковые), хромосомные и геномные. Выбор фактора зависит от поставленной задачи и биологических особенностей культуры. Чувствительность растений к мутагенным факторам зависит от ряда условий: видовых и сортовых особенностей, внешних факторов, возраста, способа обработки, выбранной дозы и т. п.

Вновь полученные мутанты могут служить как основой для создания мутантных сортов, так и служить исходным материалом. Студент должен знать задачи, решаемые методом мутагенеза, достижения и проблемы мутационной селекции.

В особый ряд поставлены геномные мутации – изменение количества хромосом у особи. Они могут быть как кратными основному числу хромосом, так и некратными. Если происходит увеличение количества целых геномов, такое явление получило название полиплоидия, при кратном уменьшении – гаплоидия. Изменение количества хромосом, некратное нормальному, приводит к анеуплоидии. Гаплоидия и анеуплоидия применяются в селекции ограниченно, в основном для решения специфических задач. Более широкое практическое применение получила полиплоидия. Полиплоидные формы могут получаться как при увеличении геномного набора одного вида (аутополиплоидия), так и при соединении и умножении хромосомных наборов разных видов (аллополиплоидия). Хорошо известным аллополиплоидом является новая искусственно синтезированная культура – тритикале. Изучите, у каких сельсуохозяйственных растений достигнуто повышение урожайности и других хозяйственно ценных признаков (качество, устойчивость к биотическим и абиотическим факторам и др.) методом полиплоидии.

Современными методами создания генетической изменчивости являются методы биотехнологии: культура in vitro, генетическая и генная инженерия. Студентам необходимо разобраться с понятием «генетически модифицированные организмы (ГМО)», которое в настоящее время широко обсуждается в прессе и зачастую неверно растолковывается.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите формы гибридизации.

2. Перечислите типы скрещиваний, применяемые в селекции.

3. Какие принципы подбора родительских пар вам известны?

4. Назовите преимущества и недостатки применения в селекции отдаленной гибридизации.

5. Назовите методы получения мутаций.

6. Каково значение мутационной изменчивости в селекции растений?

7. Что такое аллополиплоиды? Как их можно использовать в селекции?

8. Что такое гаплоиды? Как их можно использовать в селекции?

9. Какова роль анеуплоидов в современной селекции?

10. Озвучьте ваше мнение о ГМО.