Основні поняття й ключові терміни: Добір. Гібридизація. Індукований мутаганез. Поліплоїдизація. Гетерозис.

Пригадайте!  Що таке селекція? 

Новини науки 

Соняшник однорічний (Helianthus annuus) є однією з основних культур України. Вітчизняні селекціонери працюють над створенням високоолійних, промислових і кондитерських сортів, стійких до паразитів (наприклад, вовчка соняшникового) й гербіцидів із застосуванням класичних і нових методів селекції. А якими є ці методи селекції?

ЗМІСТ 

Які сучасні методи селекції тварин, рослин і мікроорганізмів? 

Основними методами селекції є добір, гібридизація, штучний мутагенез і поліплоїдизація.

• Добір – метод відбору й збереження особин з певними, цінними для людини ознаками і сприяння їхньому розмноженню. У селекції застосовують масовий (за фенотипом) та індивідуальний (за генотипом) форми добору.

• Гібридизація – це метод одержання нащадків внаслідок поєднання генетичного матеріалу різних клітин або організмів. Схрещування можливе як у межах одного виду (внутрішньовидова гібридизація, що буває спорідненою й неспорідненою), так і між особинами різних видів (міжвидова гібридизація).

• Індукований мутагенез – метод штучного одержання мутацій, зумовлений спрямованою дією різних мутагенів. У контрольованих умовах цим шляхом можна отримати мутації, що трапляються в природі зрідка або взагалі не виявляються.

• Поліплоїдизація – метод отримання організмів зі збільшеною кількістю хромосом, що кратна гаплоїдному набору. Метод застосовують у селекції рослин для підвищення врожайності, подолання стерильності гібридів та ін.

А якими є нові пріоритети й методи в селекції?

І. Розширення спектра генетичної мінливості. Однією з умов успішної селекційної роботи є різноманітність вихідного матеріалу. З цією метою в сучасній селекції застосовують методи генетичної інженерії (трансгенез, рекомбіногенез, цисгенез), створюють генетичні банки. Генетичні банки – це сховище насіння, меристем, статевих і соматичних клітин, придатних для відтворення представників видів, сортів і порід. Найбільший генетичний банк у світі – Свалбардський глобальний банк насіння рослин на о. Шпіцберген (Норвегія). В Україні існує Національний центр генетичних ресурсів рослин, в якому на тривале збереження закладено насіння 27 000 зразків 203 видів рослин.

ІІ. Підвищення ефективності відбору. Застосування результатів досліджень молекулярної біології, молекулярної генетики, біохімії дають змогу селекціонерам підвищувати ефективність основних методів селекції. Так, у селекції тварин науковці вже здійснюють індивідуальний добір одразу після народження, не очікуючи на прояви ознак чи появу нащадків, що значно прискорює селекційний процес. Перспективним виявився молекулярний підхід, а саме добір за допомогою молекулярних маркерів, що став основою маркерної й геномної селекції. Метод гібридизації застосовується на молекулярному (метод гібридизації ДНК) і клітинному (метод гібридизації соматичних клітин) рівнях. Виник новий напрям селекційних досліджень – клітинна селекція. Для екологічної організації селекційного процесу формується адаптивна селекція, методи якої спрямовані передусім на створення високопродуктивних гетерозисних гібридів.

ІІІ.   Підвищення інформативності селекційного процесу досягається завдяки інформаційним технологіям, комп’ютеризації, впровадженню методів моделювання. Наприклад, ефективним є використання в селекції рослин фітотронів (камер штучного клімату), в яких моделюють умови вегетації рослин для експериментальних досліджень, отримують кілька врожаїв за рік і тим самим значно прискорюють селекційний процес.

IV. Скорочення термінів створення сортів, порід і штамів. Для прискорення процесів селекції було розроблено нові методи, що підвищують результативність. Так, у селекції все ширше використовують методи генної та клітинної інженерії. Набувають поширення новітні біотехнологічні методи (метод соматичного ембріогенезу, метод активації пазушних меристем), що стали основою технологій клонального мікророзмноження рідкісних і цінних сортів культурних рослин, відтворення й реакліматизації рідкісних порід і видів тварин, отримання нових штамів мікроорганізмів для розщеплення забруднювачів та ін.

Отже, в сучасній селекції використовують потужний арсенал  класичних і новітніх методів для створення й поліпшення вже  існуючих порід, сортів й штамів.

Які генетичні основи гетерозису?

Одним із шляхів підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин і тварин, розв’язування проблеми продовольчої безпеки є застосування явища гетерозису (іл. 93).

Гетерозис, «гібридна сила» – це явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних унаслідок неспорідненого схрещування, має підвищені життєздатність і продуктивність порівняно з вихідними батьківськими формами. Генетичними основами гетерозису є різні типи взаємодії алельних і неалельних генів. В одних випадках це може бути домінування (домінантні алелі пригнічують шкідливу дію рецесивних алелів у гетерозиготних гібридів), в інших – наддомінування (у генотипі гібридних нащадків можуть поєднуватися сприятливі домінантні алелі обох батьків), у третіх – комплементарність (поєднання в генотипі сприятливих неалельних домінантних генів). Окрім того, прояв гетерозису залежить від умов середовища, значну роль в його появі відіграють взаємодії ядра й цитоплазми. За даними біохімії, у гетерозисних форм часто спостерігається шир ший набір ферментів порівняно з батьківськими.

Практичне використання гетерозису ґрунтується на міжпородному (міжсортовому) і міжлінійному схрещуванні. У рослинництві гетерозис широко використовують під час вирощування соняшнику, кукурудзи, цукрового буряку, сорго, у тваринництві – для розведення свиней й бройлерних порід курей. Проблема закріплення гетерозису в рослин розв’язується на основі вегетативного розмноження гібридів, подвоєння наборів хромосом, використання гаплоїдії та методів генетичної інженерії.

Отже, генетичними основами гетерозису є різні типи взаємодії генів. 

Які переваги застосування методів генетичної інженерії у сучасній селекції?

У створенні нових порід, сортів або штамів селекція стикається з такими проблемами, як несхрещуваність видів, некерованість ззовні процесами рекомбінації ДНК, непередбачуваність комбінацій ознак серед нащадків та ін. На селекційний процес з використанням класичних методів затрачається дуже багато часу, вплив мутагенів чинить шкідливу дію на генетичний матеріал, результати не завжди відповідають очікуваним сподіванням та ін. Через те в сучасній селекції широко застосовують методи генетичної інженерії.

Генетична інженерія – напрям науки, метою якого є створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових ознак. Основними її методами, що мають найширше використання, є: методи генної (метод молекулярних маркерів, методи секвенування) та клітинної (метод культур, метод гаплоїдів, метод клонування) інженерії.

Перевагою методів генетичної інженерії є забезпечення цілеспрямованої й контрольованої зміни ознак. У селекції ці методи застосовують для генетичного рекомбінування й перенесення генетичного матеріалу:

• рекомбіногенез – процес отримання нових поєднань генів, що здійснюється під час статевого розмноження шляхом кросинговеру, незалежного розходження гомологічних хромосом та поєднання гамет під час запліднення;

• трансгенез – отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів неспоріднених видів організмів (завдяки цьому методу отримано трансгенні сорти картоплі, стійкі проти колорадського жука, сорти цукрового буряку, стійкі проти гліфосату);

• цисгенез – отримання вихідного матеріалу внаслідок перенесення генів того самого або близькоспорідненого виду організмів, з яким можливе потенційне схрещування в природі (так, сучасні цисгенні фітофторостійкі сорти картоплі отримано шляхом перенесення генів стійкості від дикого виду картоплі до елітного сорту).

Методи генетичної інженерії значно прискорюють селекційні процеси: термін отримання нових форм організмів скоротився до 3 – 4 років замість 10 – 12 років, необхідних із застосуванням методів селекції. У цьому велике значення мають методи маркерної й геномної селекції з використанням молекулярних маркерів. Це фрагменти ДНК, що їх використовують для виявлення поліморфізму. Вони перебувають у тісному генетичному зв’язку з геном, відповідальним за аналізовану ознаку (найширше застосування в сучасній селекції мають ДНК-маркери).

І ще одна перевага полягає в тому, що генетична інженерія досліджує рекомбінації й методи отримання нових генетичних структур поза організмом, оскільки молекулярна біологія довела, що природні механізми збереження стабільності геному змінити неможливо і небезпечно.

Отже, застосування методів генетичної інженерії забезпечує розширення спектра генетичної мінливості, підвищення ефективності  добору та скорочення термінів створення сортів, порід і штамів.   

ДІЯЛЬНІСТЬ 

Самостійна робота з таблицею. Пріоритети й методи селекції

Заповніть таблицю та сформулюйте висновок про необхідність поєднання класичних новітніх методів селекції.

Біологія + Селекція рослин. Цукровий буряк і гетерозис 

Цукровий буряк (Beta vulgaris saccha rifera) є різновидом буряку звичайного. Це найважливіша технічна рослина в Україні. Для її вирощування в буряківництві використовують лише насіння гетерозисних гібридів. Які переваги мають гетерозисні гібриди цукрового буряку порівняно із сортами-популяціями?

СТАВЛЕННЯ 

Біологія + Селекція тварин. Голландська порода і селекція 

Голландська порода ВРХ – найдавніша й найбільш поширена порода корів молочного напряму, що її розводять у 33 країнах п’яти континентів. Виведена вона в Голландії внаслідок довготривалого поліпшення місцевої голландської породи в умовах доброї годівлі та належного утримання. Нині діяльність селекціонерів спрямована на підвищення жирності молока. А які методи використовують науковці для селекційного поліпшення породи?

РЕЗУЛЬТАТ