Генетические основы селекции

Из истории одомашнивания животных и растений

Все основные культурные растения, как и домашние животные, сформировались в доисторический период. Одомашнивание растений и животных на заре развития человечества служило надежным источником продуктов питания и одежды. Первые попытки окультуривания (доместикации) животных и некоторых растений были предприняты 20–30 тыс. лет назад. Так, на территории Юга России, в Средней Азии, Закавказье люди уже в эпоху каменного века знали пшеницу. Палеонтологические находки, обнаруженные в горных районах Ирака, показали, что в начале 7-го тысячелетия до н. э. там уже возделывалась пшеница – дикая однозернянка, в Древнем Египте – низкорослая твердая пшеница. В Древнем Египте на больших территориях выращивался и лен.

Возделывание льна и ткачество из его волокна в Древнем Египте
Возделывание льна и ткачество из его волокна в Древнем Египте

Началом массового выращивания культурных растений считают 6-е тысячелетие до н. э. Все современные домашние животные и культурные растения произошли от диких предков. Окультуривание растений и животных, создание многочисленных сортов и пород на основе диких видов – все это было сделано усилиями человека путем искусственного отбора и селекции.

Понятие о селекции

Селекция (от лат. selectio – выбор, отбор) – наука о методах создания сортов, гибридов растений и пород животных, штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками. Селекцией также называют отрасль сельскохозяйственного производства, занимающуюся выведением сортов и гибридов культурных растений и пород домашних животных.

Теоретической основой селекции является генетика, поскольку свойства живых организмов определяются их генотипом и подвержены наследственной, модификационной и онтогенетической изменчивости. В связи с этим все методы селекции должны быть основаны на законах генетики как науки о наследственности и изменчивости. Учитывая сходство между эволюционным процессом и селекцией, Вавилов назвал селекцию эволюцией, направляемой человеком, призванной разрабатывать конкретные приемы и рекомендации, имеющие практическое применение в народном хозяйстве.

В селекции нашли практическое воплощение законы наследственности и изменчивости.

Основные методы селекции – это искусственный отбор, гибридизация, мутагенез и полиплоидия.

Искусственный отбор – это выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении особей растений или животных определенного вида, сорта или породы для получения от них потомства с желательными свойствами. Различают бессознательный искусственный отбор и методический искусственный отбор. Первый – очень древний способ, проводимый человеком без какого-либо специального плана по улучшению качеств культивируемых растений и животных. Методический искусственный отбор – это селекция, которая всегда совершается по определенному плану в соответствии с желаниями селекционера.

Гибридизация – метод селекции, основанный на получении гибридов путем скрещивания, в основе которого лежит объединение генетического материала родительских организмов в одной клетке – зиготе. Напомним, что все созданные гибриды характеризуются гетерозиготностью по многим генам.

В процессе гибридизации осуществляется комбинативная изменчивость генотипа. Для первого поколения гибридов (F1) характерна большая жизнестойкость, большая плодовитость, крупные размеры плодов. В самом деле, гибриды F1 по ряду свойств заметно превосходят исходные родительские свойства (по размеру, интенсивности роста, степени плодоношения). Такое явление называют гибридной силой, или гетерозисом (от греч. heteroiosis – изменение, превращение). Гетерозис широко используется в растениеводстве и животноводстве. Основными причинами гетерозиса являются, видимо, устранение вредного влияния накопившихся рецессивных генов за счет их перехода в гетерозиготное состояние, а также взаимодействие благоприятных доминантных генов, приводящее к взаимному усилению их эффектов.

Эффект гетерозиса известен с древнейших времен. Первая попытка объяснить механизм этого явления принадлежала Ч. Дарвину. Он объяснял это явление с точки зрения его значения в эволюции животных и растений. По мнению Дарвина, гетерозис является одной из причин биологической полезности скрещивания в эволюции видов. Перекрестное оплодотворение поддерживается естественным отбором именно потому, что оно служит механизмом поддержания гибридной силы. Однако должное решение механизма гетерозиса возможно лишь на основе раскрытия его генетических закономерностей.

Как правило, гетерозис характерен только для гибридов первого поколения (F1). Начиная со второго поколения эффект гетерозиса затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние. Для того чтобы его продлить, у растений используют вегетативное размножение.

Примером гетерозиса у животных может служить мул – гибрид, созданный человеком в результате скрещивания лошади с ослом. Мул – это крупное животное, значительно сильнее и выносливее лошади, обычно используется для перевозок тяжелых грузов в трудных условиях, например в горах и на больших высотах. Мулы своей окраской и формой тела похожи на осла, бывают мужского и женского пола, но бесплодны.

Гибридизация может осуществляться между особями одного вида (внутривидовая гибридизация) и между особями разных видов (межвидовая, или отдаленная, гибридизация). При отдаленной гибридизации гибриды нередко оказываются неплодовитыми или бесплодными. Типичный пример межвидовой гибридизации – мул.

Различают родственное скрещивание (инбридинг в животноводстве, самоопыление в растениеводстве) и неродственное скрещивание, или аутбридннг. Инбридинг – скрещивание очень близких родственников (брат и сестра, двоюродные братья и сестры и пр.), у растений инбридинг – самоопыление. Поскольку животные и растения в гетерозиготном состоянии несут вредные рецессивные мутации, при инбридинге, вызывающем гомозиготизацию, у гибридного организма часто происходит значительное снижение жизнеспособности и устойчивости к заболеваниям. На этом основано запрещение близкородственных браков в человеческом обществе.

При аутбридинге – неродственном скрещивании – вредные рецессивные мутации, находящиеся в гомозиготном состоянии, переходят в гетерозиготное и будут способствовать повышению жизнеспособности гибридного организма. На этом основан весь положительный опыт практического сельского хозяйства.

Мутагенез – искусственное (индуцированное) получение мутаций с помощью различных физических или химических факторов – мутагенов. Это один из основных методов селекции. Большинство мутаций, возникших под влиянием мутагенов, неблагоприятно для организма, но некоторые из них представляют интерес для селекции.

Полиплоидия (от греч. polyploos – многократный и eidos – подобие) – наследственное изменение, характеризующееся кратным увеличением наборов хромосом в клетках организмов. Полиплоидные растения можно получить искусственным путем, блокируя расхождение удвоившихся хромосом различными химическими веществами. Наиболее часто с такой целью применяют алкалоид колхицин, получаемый из растения безвременника осеннего (Colchicum autumnale).

Безвременник
Безвременник

Полиплоиды, как правило, характеризуются крупными размерами, повышенным содержанием определенных веществ в клетках, устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды.

В селекции животных полиплоидия не применяется, так как этот метод приводит к нарушению пропорций роста отдельных органов, что у животных не является приемлемым.

Результаты селекции

Результатом селекционной работы является создание новых пород, сортов и штаммов. Порода – это созданная с помощью искусственного отбора группа животных одного вида, имеющих общее происхождение и обладающих определенными морфологическими, физиологическими и хозяйственно полезными признаками, устойчиво передающимися по наследству. Сорт – созданная в результате искусственного отбора совокупность растений одного вида, обладающих в конкретных условиях возделывания сходными, передающимися по наследству морфологическими, физиологическими и хозяйственными признаками. Штамм (от нем. Stamm – ствол, основа, племя, семья) – чистая культура микроорганизма, выделенного из определенного источника (популяции) или полученного в результате мутации. Породы, сорта и штаммы – это популяции организмов, искусственно созданные человеком и имеющие определенные наследственные особенности. Все особи внутри породы, сорта и штамма имеют сходные, наследственно закрепленные свойства: продуктивность, определенный комплекс морфологических и физиологических свойств, а также однотипную реакцию на факторы внешней среды.

Биология: