"Биология. Биологические системы и процессы (профильный уровень) ", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Отдалённая гибридизация — скрещивание организмов разных видов или родов. Она позволяет объединять у гибридов полезные признаки родителей, например устойчивость к болезням и высокую урожайность. Получить такие гибриды непросто: размножение родителей может не совпадать, а их хромосомы — различаться. Поэтому гибрид иногда развивается, но не образует полноценных гамет и оказывается бесплодным. Удвоение хромосом в некоторых случаях создаёт пары для мейоза и возвращает плодовитость.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Отдалённая гибридизация — скрещивание организмов, принадлежащих к разным видам или родам. В отличие от внутривидового скрещивания, её участники не относятся к одному виду. Такое различие важно учитывать, потому что оно связано с возможными трудностями размножения и развития гибрида.
Межвидовая гибридизация — получение гибридов при скрещивании особей разных видов одного рода. Родители остаются родственными на уровне рода, но их генетические особенности не совпадают полностью. Это понятие помогает точнее назвать тип скрещивания и оценить возможные различия между хромосомами родителей.
Межродовая гибридизация — получение гибридов при скрещивании представителей разных родов. Такие родители обычно различаются сильнее, чем особи разных видов одного рода. Поэтому при межродовом скрещивании чаще возникают сложности с оплодотворением, развитием потомства и его плодовитостью.
Амфидиплоид — организм, в клетках которого представлены удвоенные наборы хромосом обоих родительских видов. После удвоения у хромосом может появиться гомологичная пара — сходная хромосома, с которой она взаимодействует при мейозе. Это состояние иногда позволяет восстановить образование полноценных гамет у стерильного гибрида.
Отдалённое скрещивание затруднено уже до появления гибрида. Родители могут размножаться в разное время, а их органы размножения — отличаться строением, поэтому встреча половых клеток становится маловероятной. Даже если сроки совпали, гаметы могут оказаться несовместимыми и не слиться. Чем больше различий между организмами, тем больше таких препятствий может возникнуть.
Если оплодотворение произошло, развитие гибрида зависит от совместимости наследственного материала родителей. Их хромосомные наборы могут различаться по числу или строению. Во время мейоза, при котором образуются половые клетки, хромосомы должны находить гомологичные пары и распределяться между клетками. Если подходящей пары нет, этот процесс может идти неправильно.
Нарушение мейоза объясняет, почему многие отдалённые гибриды бесплодны, хотя способны расти и развиваться. Для образования гамет недостаточно просто иметь хромосомы от обоих родителей: их нужно правильно разделить. Когда хромосомы не спариваются или распределяются неравномерно, гаметы получают неполный либо несбалансированный набор. Такие половые клетки обычно не участвуют в успешном размножении.
В некоторых случаях плодовитость можно восстановить удвоением числа хромосом гибрида. После удвоения у каждой хромосомы появляется копия, способная стать её гомологичной парой. Тогда хромосомы могут спариваться и распределяться при мейозе более упорядоченно. Образовавшийся организм с удвоенными наборами обоих родителей называют амфидиплоидом.
Отдалённая гибридизация полезна селекционерам, потому что позволяет соединять признаки, которые редко встречаются вместе у одного родительского вида. Например, можно стремиться объединить высокую урожайность с устойчивостью к неблагоприятным условиям. Получение нужного потомства не гарантировано: гибрид должен развиваться, сохранять требуемые признаки и, если необходимо, быть плодовитым. Поэтому результаты скрещивания проверяют и отбирают в последующих поколениях.
| Признак | Межвидовая гибридизация | Межродовая гибридизация |
|---|---|---|
| Таксономическое положение родителей | Разные виды одного рода | Представители разных родов |
| Степень генетических различий | Обычно меньше, чем при межродовом скрещивании | Обычно больше, чем при межвидовом скрещивании |
| Возможные затруднения при скрещивании | Несовпадение сроков размножения, строения органов или совместимости гамет | Те же препятствия, которые могут быть выражены сильнее |
| Причина возможной стерильности гибридов | Хромосомы могут не образовывать пары при мейозе | Значительные различия хромосом могут нарушать мейоз |
| Пример применения или полученного гибрида | Получение гибридных сельскохозяйственных форм с ценными признаками видов одного рода | Поиск новых форм, объединяющих признаки представителей разных родов |
Сначала определите, к каким таксонам относятся родители: это отличает два вида скрещивания. Затем сравните возможные генетические различия и связанные с ними препятствия. Таблица показывает общие закономерности, но конкретный результат зависит от особенностей родительских организмов и гибрида.
Укажите, к какому виду скрещивания относится получение гибрида от особей двух видов одного рода, и объясните выбор. В условии важны сразу два уровня классификации: вид и род. Нужно определить, одинаковы ли роды родителей, а затем назвать тип гибридизации.
Ответ: это межвидовая гибридизация. Родители принадлежат к разным видам, но к одному роду, поэтому скрещивание не является межродовым. Называть его нужно по таксономическому уровню, на котором различаются родители.
У гибрида двух видов обнаружены хромосомы, которые не образуют пары во время мейоза. Объясните, почему такой гибрид может быть бесплодным. Важно связать наблюдение не с ростом организма, а с образованием его половых клеток. Мейоз требует правильного спаривания и распределения хромосом.
Ответ: гибрид может быть бесплодным из-за нарушения мейоза. Отсутствие гомологичных пар мешает правильному распределению хромосом. Поэтому способность гибрида развиваться сама по себе не означает, что он способен образовывать функциональные гаметы.
Предложите способ повысить плодовитость стерильного гибрида, полученного от двух видов с различающимися наборами хромосом, и обоснуйте его. Причину стерильности уже связывают с тем, что хромосомы не находят пары при мейозе. Значит, нужно предложить изменение, которое может устранить недостаток подходящих партнёров.
Ответ: можно попытаться вызвать удвоение хромосом. Тогда у хромосом могут появиться гомологичные партнёры, что создаёт условия для нормального мейоза. Полученный организм с удвоенными наборами хромосом обоих видов называют амфидиплоидом; восстановление плодовитости возможно, но не гарантировано.
Ошибка — называть отдалённой гибридизацией любое скрещивание разных особей. Такое утверждение путает различие между особями с различием между видами или родами. Проверяйте, к каким таксонам принадлежат родители: если они одного вида, скрещивание не становится отдалённым только из-за того, что это разные организмы.
Ошибка — считать бесплодным любой гибрид. Её допускают, перенося частый результат отдалённого скрещивания на все случаи без исключения. Плодовитость зависит от совместимости хромосом и особенностей конкретного гибрида; проверяйте, есть ли данные о нормальном мейозе и образовании гамет.
Ошибка — объяснять стерильность только слабым развитием гибрида. Но организм может нормально расти и при этом не производить полноценные половые клетки. Чтобы проверить объяснение, спросите себя, может ли оно связать бесплодие с нарушением мейоза и спаривания хромосом.
Ошибка — понимать удвоение хромосом как простое увеличение размера организма. Размер не объясняет восстановление плодовитости; существенны новые возможности для образования гомологичных пар. Проверяйте себя так: объясните, какие хромосомы будут спариваться при мейозе после удвоения и почему их распределение может стать нормальным.
Для понимания темы нужны понятия «вид» и «род», а также знания о гибриде и хромосомном наборе. Особенно важно представлять, как проходит мейоз: без этого трудно объяснить, почему развитие гибрида возможно, а образование полноценных гамет нарушается. Вспомните, что при мейозе хромосомы распределяются между клетками в определённом порядке.
Отдалённая гибридизация связана с полиплоидией — наличием в клетках более двух наборов хромосом, — и с селекцией растений. Удвоение хромосом у гибрида может привести к амфидиплоидному состоянию и повлиять на плодовитость. В селекции это используют как один из способов объединить и закрепить полезные признаки разных видов.
Чем отдалённая гибридизация отличается от обычного скрещивания?
При обычном внутривидовом скрещивании родители принадлежат к одному виду. При отдалённой гибридизации скрещивают представителей разных видов или родов, поэтому между ними обычно больше генетических различий и возможны препятствия для размножения.
Чем межвидовая гибридизация отличается от межродовой?
При межвидовой гибридизации скрещивают особей разных видов, относящихся к одному роду. При межродовой родители принадлежат к разным родам.
Почему гибриды разных видов часто бесплодны?
Хромосомы родителей могут различаться и не образовывать гомологичные пары при мейозе. Из-за этого мейоз нарушается, и полноценные гаметы не формируются.
Как удвоение хромосом может восстановить плодовитость гибрида?
После удвоения у каждой хромосомы может появиться сходная хромосома от другого родителя. Такие пары способны нормально участвовать в мейозе, поэтому образование гамет иногда восстанавливается.
Для чего отдалённую гибридизацию используют в селекции?
С её помощью стремятся объединить полезные признаки разных видов или родов. Так получают новые сельскохозяйственные формы, например растения с сочетанием урожайности и устойчивости.
§70. Отдалённая гибридизация
