§ 5. Расширение генетического разнообразия селекционного материала

Определения и обозначения

Генетическое разнообразие селекционного материала — различия в наследственных признаках организмов, из которых селекционер отбирает формы с нужными свойствами. Проще говоря, это набор вариантов, с которым можно работать при создании сорта, породы или штамма. Чем он шире, тем больше вероятность обнаружить полезное сочетание признаков.

Индуцированный мутагенез — получение наследственных изменений под действием физических или химических мутагенов. Мутагеном может быть, например, излучение или определённое химическое вещество. Этот способ нужен, чтобы увеличить число вариантов для отбора, а не чтобы заранее задать организму конкретное свойство.

Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом в клетке относительно обычного для вида. Такой набор может возникнуть естественно или в результате воздействия, нарушающего нормальное распределение хромосом. Полиплоидизацию используют, чтобы изменить признаки организма, однако итог заранее не гарантирован.

Отдалённая гибридизация — скрещивание организмов, относящихся к разным видам или родам. Она позволяет попытаться объединить наследственные особенности разных групп, например устойчивость дикого родственника и полезные свойства культурного растения. Применение метода важно там, где нужного признака нет среди близких селекционных форм.

Как это устроено

Исходный набор вариантов не бесконечен: культурные формы часто имеют общих предков и уже прошли длительный отбор человеком. Их дикие родственники могут сохранять признаки, утраченные при одомашнивании, например устойчивость к неблагоприятным условиям. Поэтому селекционеры ищут дополнительные источники наследственных различий, чтобы не ограничиваться существующими сортами и породами.

При отдалённой гибридизации потомок получает наследственный материал от родителей, принадлежащих к разным видам или родам. Так можно попытаться соединить полезные особенности, которые редко встречаются вместе в одной форме. Однако хромосомы родителей могут отличаться числом и строением, поэтому не всегда удаётся получить гибрид, а его половые клетки могут формироваться с нарушениями. Даже жизнеспособный гибрид поэтому нередко оказывается бесплодным.

При индуцированном мутагенезе физический или химический фактор увеличивает вероятность изменений наследственного материала. Направление этих изменений заранее неизвестно: среди них могут оказаться нейтральные, вредные и полезные для селекции варианты. Поэтому после воздействия получают множество организмов, сравнивают их признаки и оставляют для дальнейшей работы наиболее перспективные. Затем проверяют, передаются ли отличия потомству.

Полиплоидизацию применяют, чтобы изменить число хромосомных наборов. У некоторых организмов это связано с увеличением размеров клеток и органов или с изменением других хозяйственно ценных признаков. Если бесплодие гибрида вызвано тем, что хромосомам не с чем образовать пары при мейозе, удвоение наборов иногда обеспечивает такие пары. Но результат зависит от особенностей вида и генотипа, а значит, не всякая полиплоидная форма будет жизнеспособной или полезной.

Клеточная и генетическая инженерия позволяют работать с клетками и наследственным материалом за пределами возможностей обычного скрещивания. С их помощью можно переносить или объединять отдельные наследственные элементы, но получение новой формы само по себе ещё не означает успеха. Необходимо выяснить, сохраняется ли нужный признак при размножении и не сопровождается ли он нежелательными изменениями. Практическую ценность формы устанавливают испытаниями в подходящих условиях.

Способы расширения генетического разнообразия селекционного материала

Сначала определите, какой именно источник нового наследственного варианта нужен: другой вид, случайные изменения, иной хромосомный набор или инженерный перенос материала. Затем учитывайте ограничения метода, потому что получение отличающегося организма не равнозначно получению полезной селекционной формы. Окончательный выбор делают после проверки признака и оценки пригодности формы.

Разбор задач

Задача 1. Селекционер хочет получить у культурного растения признак устойчивости, обнаруженный у его дикого родственника. Нужно выбрать способ расширения разнообразия и назвать возможную трудность. Решение строится от источника признака: он находится у родственной, но не той же культурной формы. Поэтому сначала рассматривают скрещивание, а затем оценивают, удаётся ли получить плодовитое потомство.

1. Установите, где обнаружен нужный признак: у дикого родственника.
2. Выберите отдалённую гибридизацию, поскольку предполагается скрещивание разных видов или более далёких форм.
3. Предусмотрите препятствие: геномы могут быть несовместимы, а полученный гибрид может оказаться бесплодным.

Ответ: следует рассмотреть отдалённую гибридизацию; возможны трудности при скрещивании и бесплодие гибрида.

Задача 2. После обработки семян мутагеном выросло много растений с различиями по признакам. Как найти форму с полезным наследственным изменением? Нельзя считать любой необычный внешний вид подходящим результатом: он может быть случайным или вредным. Нужно последовательно отобрать перспективное растение и выяснить, передаётся ли его признак потомству.

1. Сравните растения между собой и с исходной формой, выделите экземпляры с нужным проявлением.
2. Получите потомство от выбранных растений и проверьте, сохраняется ли признак у потомков.
3. Оцените, не снижает ли изменение жизнеспособность и полезные качества растения, и оставьте вариант для дальнейших испытаний.

Ответ: провести отбор, проверить наследуемость признака по потомству и оценить его селекционную ценность.

Задача 3. У гибрида двух видов нарушено образование половых клеток из-за различий в наборах хромосом. Почему увеличение числа наборов иногда помогает? При мейозе хромосомам необходимо находить подходящие пары; без них их распределение может нарушаться. Удвоение набора в некоторых случаях создаёт для каждой хромосомы гомологичную пару, но успех зависит от конкретного гибрида.

1. Свяжите нарушение образования половых клеток с тем, что хромосомы родителей различаются и не образуют нормальные пары.
2. Предположите, что удвоение наборов даст хромосомам соответствующие гомологичные партнёры.
3. Уточните, что это может восстановить нормальное прохождение мейоза, но не гарантирует плодовитость и полезность формы.

Ответ: удвоение наборов иногда обеспечивает хромосомам пары и улучшает ход мейоза; эффект не гарантирован.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что мутаген направленно создаёт нужный признак. Её допускают, потому что после обработки действительно могут появиться необычные растения, но сами изменения случайны. Проверьте себя: мутаген увеличивает вероятность мутаций, а полезный вариант выявляют отбором.

Ошибка — называть отдалённой гибридизацией любое скрещивание. Так происходит, если упускают значение слова «отдалённая» и ориентируются только на наличие гибрида. Проверьте, относятся ли скрещиваемые организмы к разным видам или родам.

Ошибка — ожидать, что полиплоидия всегда повышает урожайность или качество. Отдельные примеры крупноплодных форм могут создать ложное впечатление универсального правила. Проверьте вывод по конкретному виду, генотипу и нужному признаку, а не только по числу хромосомных наборов.

Ошибка — считать появление нового признака после обработки доказательством его наследуемости. Внешнее отличие может не передаваться потомству или исчезнуть в следующем поколении. Проверьте себя: наследуемость устанавливают наблюдением за потомством, а не только осмотром обработанного организма.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, как передаются наследственные признаки, что такое генотип и мутация. Также необходимы представления о хромосомных наборах и мейозе: они помогают объяснить бесплодие некоторых гибридов и возможное действие полиплоидизации. Без этих основ трудно понять, почему способы получения новых форм дают разные результаты.

Тема связана с искусственным отбором и селекцией растений, животных и микроорганизмов. Расширение разнообразия создаёт новые варианты, а отбор позволяет выявить среди них формы с подходящими свойствами. После проверки такие формы могут стать материалом для выведения сортов, пород и штаммов.

Что запомнить

• Селекции нужны наследственные различия, из которых можно отбирать формы с полезными признаками.
• Отдалённая гибридизация объединяет наследственный материал разных видов или родов.
• Мутагенез расширяет разнообразие случайно, а не создаёт заранее заданный признак.
• Полезность полученного варианта необходимо проверять и оценивать.
• Полиплоидия меняет число наборов хромосом и может влиять на признаки организма.
• Новые формы оценивают по наследуемости, жизнеспособности и практической ценности.