§ 27. Генетические основы селекции организмов

Определения и обозначения

Селекция — наука о создании новых и улучшении существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Она использует знания о наследственности, чтобы получать организмы с нужными человеку свойствами. Например, можно стремиться к урожайности, устойчивости к засухе или высокой продуктивности.

Искусственный отбор — выбор человеком организмов с нужными наследственными признаками для размножения. Селекционер оставляет их родителями следующего поколения, а затем проверяет, проявились ли желательные признаки у потомков. Так полезные варианты признаков становятся более распространёнными в потомстве.

Гибридизация — скрещивание организмов, различающихся по одному или нескольким признакам. Потомство получает наследственные особенности от обеих родительских форм, поэтому селекционер может искать среди него удачные сочетания. Само скрещивание ещё не гарантирует нужного результата: потомство нужно оценить и отобрать.

Гетерозис — повышенная жизнеспособность и продуктивность гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Он может проявляться, например, в более быстром росте или высокой урожайности. Это свойство используют, когда преимущество гибридов важно получить в каждом новом поколении.

Как это устроено

Для селекции необходима наследственная изменчивость — различия между организмами, которые способны передаваться потомкам. Если признак зависит от наследственных особенностей, его можно учитывать при выборе родителей. Разнообразие может возникать благодаря новым сочетаниям генов и изменениям наследственного материала. Без таких различий отбору нечего было бы сохранять и распространять.

Искусственный отбор начинается с выбора организмов, обладающих нужными признаками, но на этом работа не заканчивается. Их скрещивают или размножают, а затем изучают потомство: признак мог проявиться не у всех особей или оказаться недостаточно выраженным. Если лучшие потомки тоже передают его дальше, их выбирают для следующего этапа. Так человек не создаёт отбором изменения, а сохраняет подходящие наследственные варианты.

При гибридизации скрещивают родительские формы с разными полезными особенностями, чтобы объединить их у потомков. Например, от одной формы можно ожидать устойчивости к засухе, а от другой — крупных плодов. Однако дети получают разные сочетания наследственных факторов, и нужные качества могут проявиться не одновременно или не у всех. Поэтому результат зависит от генотипов родителей, а селекционер проверяет потомков и отбирает подходящих.

Близкородственное скрещивание, или инбридинг, проводят между особями, имеющими общего предка. Оно помогает закрепить признаки, потому что у потомков возрастает вероятность получить одинаковые аллели от обоих родителей. Но вместе с полезными могут закрепляться вредные рецессивные аллели, обычно скрытые доминантными вариантами. Если такие аллели встречаются в паре, они проявляются, и жизнеспособность потомства может снижаться.

У гибридов первого поколения иногда наблюдается гетерозис: они превосходят родительские формы по жизнеспособности или продуктивности. Одна из причин состоит в том, что благоприятные аллели от разных линий дополняют друг друга, а доминантные варианты могут скрывать неблагоприятные рецессивные. При размножении таких гибридов аллели и их сочетания распределяются между потомками, поэтому те становятся неодинаковыми. Эффект часто ослабевает, и для нового однородного поколения с гетерозисом снова скрещивают исходные линии.

Способы скрещивания и их значение в селекции

Сравнивайте в таблице, кто именно участвует в скрещивании и какой результат возможен, а не только название способа. Обратите внимание, что полезный эффект не всегда появляется у всех потомков и может иметь ограничения. Например, инбридинг способен закрепить признак, но одновременно выявить вредные рецессивные аллели.

Разбор задач

Задача 1. В потомстве растений встречаются разные по размеру плодов особи. Какие растения следует выбрать для получения семян, если цель — увеличить размер плодов? Нужно использовать искусственный отбор, но не считать, что крупные плоды автоматически гарантируют такое же потомство. Важно выяснить, наследуется ли различие и устойчиво ли оно проявляется.

1. Сравнить растения по размеру плодов и отметить особи с наиболее крупными плодами.
2. Выбрать эти растения родителями и получить от них семена.
3. Вырастить потомство и проверить, стали ли крупные плоды встречаться чаще.

Ответ: для размножения выбирают растения с крупными плодами, а затем оценивают их потомство. Если признак передаётся наследственно, отбор таких растений поможет увеличить размер плодов в следующих поколениях.

Задача 2. Скрещивают две чистые линии растений: одна устойчива к засухе, другая даёт крупные плоды. Какую цель такого скрещивания можно поставить и какие признаки нужно проверить у потомства? Скрещивание нужно, чтобы попытаться объединить полезные свойства обеих линий. Но наличие этих признаков у родителей ещё не доказывает, что они вместе проявятся у потомков.

1. Определить желательное сочетание: устойчивость к засухе и крупные плоды у одного растения.
2. Получить потомство от скрещивания линий и вырастить его в подходящих условиях.
3. Проверить устойчивость к недостатку воды и измерить размер плодов у разных потомков.
4. Оставить для дальнейшего размножения особи, у которых сочетаются оба свойства.

Ответ: цель — получить растения одновременно засухоустойчивые и крупноплодные. Среди потомства нужно проверить каждый признак и отобрать особей, у которых проявились оба; их наследственные качества также следует оценить по потомству.

Задача 3. У гибридов первого поколения урожайность выше, чем у обеих родительских линий, но в следующем поколении растения неодинаковы. Объясните оба наблюдения и предложите способ получать выровненное потомство с высокой урожайностью. Первое наблюдение указывает на гетерозис, то есть преимущество гибридов первого поколения. Второе связано с тем, что при размножении сочетания наследственных факторов меняются и признаки расщепляются.

1. Сравнить урожайность первого поколения с обеими родительскими линиями и отметить его преимущество.
2. Учесть, что при размножении гибридов признаки распределяются по потомкам неодинаково.
3. Снова скрещивать исходные линии, от которых получают высокоурожайное первое поколение.

Ответ: у гибридов проявился гетерозис, а в следующем поколении из-за изменения сочетаний наследственных факторов возникла неоднородность. Чтобы регулярно получать выровненные растения с высокой урожайностью, нужно повторно скрещивать исходные линии и выращивать гибриды первого поколения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что отбор сам создаёт наследственные изменения. Так думают, потому что после отбора нужный признак становится заметнее в потомстве, но это результат сохранения подходящих вариантов, а не их появления по воле человека. Проверьте себя вопросом: существовали ли различия между организмами до того, как селекционер выбрал родителей? Если да, отбор распространяет уже имеющиеся варианты.

Ошибка — полагать, что любой полезный признак обязательно передастся потомству. Признак может зависеть от сочетания генов, а потомки получают не одну точную копию всех наследственных особенностей родителей. Проверка — изучить потомство: если нужное качество повторяется, его наследование подтверждено лучше, чем по одному наблюдению за родителем.

Ошибка — путать инбридинг и аутбридинг. Оба понятия обозначают скрещивание, поэтому названия легко смешать, но инбридинг основан на близком родстве, а аутбридинг — на скрещивании неродственных особей. Чтобы проверить себя, выясните, есть ли у родителей близкие общие предки.

Ошибка — считать гетерозис постоянным свойством всех поколений гибрида. Преимущество чаще всего выражено у первого поколения, а при дальнейшем размножении потомки могут различаться и терять часть исходного эффекта. Проверьте себя: сравнивается ли урожайность именно первого гибридного поколения с родительскими формами?

Связь с другими темами

Для понимания селекции нужны знания о наследственности и изменчивости, генотипе и фенотипе, а также о доминантных и рецессивных аллелях. Генотип связан с наследственными особенностями организма, а фенотип — с проявившимися признаками; среда тоже может влиять на их выраженность. Эти понятия помогают объяснить, почему отбор родителей не всегда сразу даёт одинаковое потомство. Дальше тема пригодится при изучении генетики популяций, биотехнологии и применения генетических знаний в сельском хозяйстве.

Что запомнить

• Селекция использует наследственную изменчивость организмов.
• Искусственный отбор проводит человек для получения нужных признаков.
• Гибридизация объединяет наследственные особенности разных родительских форм.
• Инбридинг помогает закрепить признаки, но может повысить вероятность проявления вредных рецессивных аллелей.
• Гетерозис — преимущество гибридов первого поколения по ряду признаков.
• Селекционная работа требует оценки потомства и последовательного отбора.