Новейшие методы селекции

Причины стерильности отдаленных гибридов в отсутствие парности гомологичных хромосом.

Необходимо вспомнить процесс мейоза: при нормальном протекании конъюгации гомологичных

хромосом в профазе их последующее расхождение и образование гаплоидных мужских и женских гамет

осуществляются, как правило, без отклонений. Поскольку у межродовых гибридов из пары гомологичных

хромосом присутствует только одна, то весь процесс коньюгации и все последующие этапы нарушаются,

что при водит к образованию нежизнеспособных мужских и женских гамет, а тем самым и к стерильности

отдаленных гибридов.

Чш_Полезна полиплоидия для селевдии?„У^

утетраплоидной ржи JJO сравнению сдиплоидной более крупные семена и более прочный стебель, что

паіьіша£г е_^устойщівость к полеганию. ~ • ——-

Клеточная инженерия связана с культивированием отдельных клеток или тканей на специальных

искусственных _средах. Показано, что если взять кусочки ткани^ли отдельные клетки из разных, органов,

допустим, растений,.хохя.это возможно и у животных, и пересадить их на специальные среды, содержащие

минеральные соли, аминокислоты, гормоны и другие питательные компоненты, то они способны расти.

" • • 1 „и. „.. „ t i n — п и... М —.-- >. л. м т і - г г г, гЛ**»- г» • «»» " «Ц 4 Д, • - u^ Это значит, что в таких изолированных от организма тканях и клетках продолжаются клеточные деления.

— Т • • -И •, „ наш. „ -•.--Т1Г " - Ц Т • '"'г П| Hi m _ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ f и iMiWi • і -r"l Ifljjn -..«v.*—• '" " * • * ' * * ••» • 1 **• • «» •» • t «t / f. Но самым важным и интересным оказалось то, что отдельные растительные клетки (в отличие от клеток

і ш л и ч» ««»-'». «. «.», животных) в таких искусственных условиях обладают тотипотентностью, т. е. способны к

- >_., | Г» - | - П m I..I, II. и I I.,, u u и. І і і і III 11J I JI j. і..1. 1.. — — ~ - • • • І І И - І П - Г г т ґ т Г — - г-.-.. t, - -..e.-, i. r tч. - - -- - - r m r - r. i r f - ' ' ( мированию) полноценных растенЖГЭта их способность и была использована для

r - 1 - ї * «• • r t f M r e -». t ' - i r r t. K - i,, t,

регенерации

селекции в разных направлениях.^

Селективные среды. Если необходимо, например, получить солеустойчивые растения, то составляется

специальная питательная среда для культивирования клеток растений с повышенным содержанием солей

(например, NaCl) и высеваются на эти среды в чашках Петри тысячи растительных клеток. Большинство

таких клеток, не выдерживая высокие концентрации солей, гибнет, но отдельные выживают и из них, как

наиболее солеустойчивых, могут регенерировать целые растения. Это один из примеров селекции на

клеточном уровне, когда отбору подвергаются не растения, а клетки, из которых потом воспроизводятся

растения. Преимущества клеточной селекции очевидны, так как в объеме одной чашки Петри можно

поместить тысячи клеток. Это во много раз повышает возможности отбора.

Вторым новейшим методом клеточной селекции у растений, уже давшим огромный эффект, является

метод гаплоидов. Сейчас разработан метод проращивания пыльцевых зерен на искусственных

питательных средах в пробирках и получения из них полноценных гаплоидных растений. Какое это имеет

отношение к селекции? Чтобы ответить на этот вопрос, придется вспомнить метод комбинационной

селекции. В основе ее лежит гибридизация, в результате которой получаются гетерозиготные организмы, а

затем длительная гомозиготизация до восьмого поколения, т. е. получение стабильных нерасщепляющихся

форм. На создание сорта таким методом уходит более 10 лет. С помощью гаплоидов этот срок можно

сократить в 2 раза. Для этого получают гибриды, берут из них пыльцу, на питательных средах в пробирках

регенерируют из нее гаплоидные растения, а затем удваивают у них число хромосом и сразу получают

полностью гомозиготные диплоидные растения. Вся эта процедура вместо 6-8 лет занимает 2-3 года.

Так как мы берем пыльцу из гибридных растений и получаем через гаплоидные растения сразу

гомозиготные диплоидные, то остается только оценить их и затем размножить лучшие. Хромосомная

инженерия в настоящий момент связывается прежде всего с возможностями замещения (замены)

отдельных хромосрм у растений или добавления новых. Известно, что в клетках каждого диплоидного

организма имеются пары гомологичных хромосом. Такой организм называют дисомиком. Если в какой-

либо паре хромосом остается одна гомологичная хромосома, то получается моносомик:. При добавлении

третьей гомологичной хромосомы возникает трисомик:, а при отсутствии в геноме одной пары

гомологичных хромосом возникает нуллисомик.

Такие манипуляции с хромосомами дают возможность заменять одну или обе гомологичные хромосомы,

допустим, одного сорта пшеницы на ту же пару хромосом, но из другого сорта. Что это дает

селекционеру? Тем самым он может один признак, который ему кажется слабым у данного сорта

(например, качество зерна или устойчивость сорта к болезням), заменить на этот же, но более сильный

признак из другого сорта. Таким образом, он приближается к созданию «идеального» сорта, у которого все

полезные признаки (качества) будут выражены в максимальной степени.

Эту же цель преследует и методика замены отдельных хромосом одного вида (например, пшеницы) на

хромосомы другого вида, близкого по своему происхождению (например, ржи). В научной литературе

принято вместо слов «замена хромосом» употреблять «замещение хромосом». Поэтому полученные таким

путем формы называются замещенными линиями.

Другой методический прием состоит во введении (внедрении) в геном определенного вида или сорта

какой-либо дополнительной пары хромосом другого вида растений, которые определяют развитие при-

знака, отсутствующего у первого вида. Если такое введение пары дополнительных хромосом удается

осуществить, то полученные формы называют дополненными линиями. Генная инженерия. Под генной

инженерией обычно понимают искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов

(бактерий, животных, растений) в другой вид, часто очень далекий по своему происхождению. Чтобы

осуществить перенос генов (или трансгенез), необходимо выполнить следующие сложные операции:

- выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которые намечены для переноса.

Иногда эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов, если таковой оказывается

возможным;

- создание специальных генетических конструкций (векторов), в составе которых намеченные гены будут

внедряться в геном другого вида. Такие конструкции кроме самого гена должны содержать все

необходимое для управления его работой (промоторы, терминаторы) и гены - «р>епортеры», которые будут

сообщать, что перенос успешно осуществлен;

- внедрение генетических векторов сначала в клетку, а затем в геном другого вида и выращивание изме-

ненных клеток в целые организмы (регенерация).

Растения и животные, геном которых изменен в результате таких генно-инженерных операций, получили

название трансгенных растений или животных.

Для более наглядного представления рассмотрим пример, в котором ученым из разных стран, в том числе

и нашей, удалось с помощью генно-инженерных Методов создать ценные для селекции новые формы

растений В природе существует бактерия Bacillus thuringiensis, которая нарабатывает белок, называемый

б-эндотоксином. Свое название он получил потому, что при попадании этой бактерии в желудок

насекомыхвредителей сельскохозяйственных растений этот белок вызывает лизис (разрушение) стенки

желудка и гибель насекомого-вредителя. Это свойство белка генные инженеры решили использовать для

создания форм полезных сельскохозяйственных растений, устойчивых к насекомым-вредителям. Они

выделили из бактериальной ДНК ген, кодирующий бе лок б-эндотоксин (рис. 235). Далее ген был встроен

в состав природных генетических векторов - Ті-плазмид, присутствующих в клетках почвенной бактерии

Acrobacterium tumefaciens. Этой бактерией были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на

питательной среде. Через некоторое время плазмиды, несущие ген белка-токсина, внедрились в

растительные клетки, а затем ген встроился в ДНК растений. О том, что этот процесс прошел успешно,

сообщил специальный ген-«репортер», также искусственным путем введенный в состав Ті-плазмид. Затем

кусочки растительной ткани перенесли на питательную среду другого состава, которая обеспечивает рост

и развитие полноценных растений. В конце концов такие растения были выращены, и оказалось, что если

на их листья посадить гусениц насекомых-вредителей, то, попробовав растительной ткани с белком-

токсином, гусеницы погибают. Важно, что белок-токсин оказался гибельным только для насекомых и

совершенно безвреден для человека и селтскохозяйственных животных. Описанным выше путем к

настоящему моменту удалось получить формы картофеля, томатов, табака, рапса, устойчивые к

разнообразным сельскохозяйственным вредителям. Это одно из первых и самых значительных

достижений генной инженерии растений в практической селекции.

*

Новые методы селекции животных. Мощное р&шитие животноводства за последние десятилетия

привело к появлению выдающихся пород животных. Продуктивность МШІОТНОТ^, і | - I T— - - I I in • • «I....» -»».». > I 1. • • І-ЛТ T - • • • •• * • * ' ' * • '» * * T I, _.. ^. """

Д ^ ж ^ ^ тип российской мясо-шерстной породы овец отличается выстой

мясной и шерстной продуктивностью. Средняя масса плембаранов составляет 110-130 кг, средний настриг

шерсти в~чистом волокне68 кг. Лучшие породы кур дают по 400 яиц в год на несушку, а бройлерные

цыплята достигают массы 2,5 - 3 кг за семь недель. Примеры выдающихся достижений

селекции можно перечислять очень долго. Однако нас больше интересует вопрос о том, какие новые

методы селекции используются для непрерывного совершенствования животных, Таких методов много,

остановимся на некоторых из них.

П,охмотріім?.для^димера, как осуществляется селекционный процесс у молочного скота, Комплекс

селекционных приемов, используемых в молочном скотоводствеГназы

'селекци^

* jgjgQgojjce^^ выдающихся быков, отбор и эффективное использование лучшихкоров. Методы

гормональной суперовуляции и трансплантации позволяют получать от лучших коров десятки зигот в годи

выращивать их в коровах, имеющих более низкую племенную ценность. Вся система управляется из

единого информационного центра. Такая широкомасштабная селекция позволяет повышать

продуктивность породы на 1-2 % в год. Это очень высокий показатель для таких медленно

размножающихся животных, как крупный рогатый скот.

jj\ в культуру, причем некоторые из них совсем недавно. Так, сахарную свеклу и подсолнечник стали

І^ельївать только в XIX в., а мяту - в XX в. Из многих тысяч видов позвоночных животных человек

одомашнил только около 20 видов.

Из растений первыми были введены в культуру хлебные злаки: ячмень, просо., сорго, рожь, рис и пше

н и да. - ~~ —.

Давно подверглись одомашниванию собака, овца, коза, затем тур, лошадь, свинья, лама, индеика. тутовый

і і м Ч п. - и Ш М ' ' - ' ^ ' 1 ' ' * " " " " " " " " * ' "" •• - Г ^ І. І, т. „.,.. II.1 • ' ' * ~ ~ * • • г» * * " " ****'""*• -« яд и совсем недавно лисицы, норки, соболи и другие животные.

Центры происхождения культурных растений. Важнейший раздел селекции как науки - учение об

исходном материале. Фактическими разработан выдающимся советским генетиком и селекционером Н. И.

Вавиловым и подробно изложен в его работе «Центры происхождения культурных растении».

Любая селекционная программа начина^я с подбора исходного материала! Решая проблемуи сходно го

материала, Н. И. Вавилов обследовал земной шар и выявил территории с наибольшим генетическим -

разнообразием культивируемых растений и их диких сородичей. Вместе с сотрудниками Н. И. Вавилов

осуществил в 20-30-е годы более 60 экспедиции по всем"обитаемь1м континентам, кроме Австралии.

Участники этих экспедиции^ботаники, генетики - были настоящими охотниками за

растениями. В результате огромной и сам о отвержен но й работы они установили и отдельные^районы мира

обладающие наибольшим разнообразием генетических форм растений. Іаюїхрайонов Н. И. Вавилов

выделил восемь 1 - Индийский центр (родина риса, сахарного тростника, цитрусовых); 2 -

Южнокитайский (просо, гречиха, соя); 3 - Среднеазиатский (мягкая пшеница,, горох, бобы); 4 -

Переднеазиатский (Пшеница, рожь); 5 - Средиземноморский; 6 - Абиссинский; 7 -

Центральноамериканский; 8 - Южноамериканский

Он считалГчто районы" где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие по тому или другому виду

- • •... - І 7 1 - •' * " * * " " " w м і! • • «. I II I... И -. I I - ". • r j r r n - r - r - * - T —» т ч и І І м и ш і г і * " " * - • • • ' •.. «..

растений, и являются центрами их происхождения. У картофеля максимум генетического ^разнообразия

связан с Южной Америкой, у кукурузы - с Мексикой, у риса с Китаем и Японией, у хлебных злаков ^ 1 • • I II «• _! _ I Ч I - - - - I I - 1 I I т „ |...... I - |, | „,. и. и,.. | L | _ L Д г | ш f UU W ЩИ Ч» *»»»».»»»»» ^ " " " " " "* - *" '" • ' • • * ' "

пшеницы, ржи - со Средней Азией и Закавказьем, у ячменя - с Африкой. Эти районы и были отмечены как

центры происхождения перечисленных видов. То же самое было сделано и по многим другим видам.

Дата добавления: 2015-05-10