Скрещивание микроорганизмов.
План лекции:
1. Основные методы селекции.
2. Гибридизация и искусственный отбор.
Основные методы селекции.
Селекция, по выражению Н.И Вавилова «представляет собой эволюцию, направянную волей человека»»
Первые попытки одомашнивания животных относятся к глубокой древности.
Цель и задачи селекции — получение новых организмов с необходимыми человеку качествами.
Одна из основных задач селекции — создание высокопродуктивных пород животных сортов растений и штаммов микроорганизмов наилучшим образом удовлетворяющих пищевые, технические и эстетические потребности людей.
В связи с острой нехваткой продуктов питания в целых регионах мира актуальной задачей стала интенсификация сельского хозяйства.
Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, полиплоидию, искусственный мутагенез.
Микроорганизмы – это прокариоты, одноклеточные грибы и некоторые эукариоты. Они имеют ряд особенностей, которые необходимо учитывать в селекционной работе. У многих прокариот отсутствует половой процесс. Поэтому для них неприемлем метод гибридизации. Микроорганизмы могут быстро размножаться. Благодаря этому можно получить большое количество клеток-потомков. Большинство микроорганизмов имеют гаплоидный набор хромосом либо кольцевую молекулу ДНК. Это позволяет мутациям проявиться уже в первом поколении. Если в разговорах о селекции растений и животных мы оперируем понятиями «сорт» и «порода», то в селекции микроорганизмов применяют понятие «штамм».
Учитывая особенности организации микроорганизмов, ученые разработали специфические методы селекционных исследований. Для обеспечения большего разнообразия исходного материала применяют искусственный мутагенез (искусственное получение мутаций). Затем отбирают самые продуктивные штаммы и используют их в селекционной работе. Данный метод позволяет получить новые аллели генов, которые не существуют в природе. Например, этим путем получены некоторые высокопродуктивные штаммы микроорганизмов, применяемые в качестве продуцентов (производителей) антибиотиков. В некоторых случаях проводят искусственное скрещивание различных штаммов микроорганизмов с помощью вирусов-бактериофагов, переносящих наследственную информацию. В селекции микроорганизмов широко применяются также методы генетической и клеточной инженерии. Они позволяют корректировать генный набор микроорганизмов и, соответственно, управлять проявлением их свойств.
Полиплоидия – процесс увеличения хромосомных наборов, который позволяет добиться рождаемости у бесплодных гибридов. Замечено, что некоторые культурные растения после полиплоидии имеют более высокую рождаемость, чем их родственные виды.
В основе явления полиплоидии лежат три причины:
1. удвоение хромосом в неделящихся клетках,
2. слияние соматических клеток или их ядер,
3. нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом.
Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.
Полиплоидный отбор
Метод полиплоидии также относится к гибридным. При создании новых сортов селекционеры применяют полиплоидию, которая приводит к увеличению размера клеток растения и умножению хромосом. Большое количество хромосом повышает устойчивость растения к различным болезням и разным неблагоприятным факторам. При повреждении у растений нескольких хромосом остальные остаются неизменными. Все растения, полученные полиплоидным методом отбора, обладают отличной жизнеспособностью.
В естественных условиях частота возникновения мутаций сравнительно невелика. Поэтому в селекции используют индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез — воздействие на организм в условиях эксперимента каким-либо мутагенным фактором для возникновения мутации. Делают это с целью изучения влияния фактора на живой организм или получения нового признака. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер сам отбирает организмы с новыми полезными свойствами.
Индуцированный мутагенез – искусственно вызванный процесс мутаций организма после обработки его мутагеном. После окончания мутации селекционер получает информацию о влиянии фактора на организм и приобретение им новых качеств.
Гибридизация и искусственный отбор.
Искусственный отбор бывает бессознательный и методический. Бессознательный отбор проявляется в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенный сорт или породу. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами.
Искусственный отбор используется для сохранения и размножения особей с желаемой комбинацией признаков.
Различают массовый и индивидуальный отбор.
При массовом отборе одновременно отбирают большое число особей с нужным признаком, остальные выбраковывают. Это отбор по фенотипу, он не даёт генетически однородного материала. Повторяется многократно.
При индивидуальном отборе (по генотипу) выделяют одну особь с необходимыми признаками и получают от неё потомство.
В селекционной работе используют следующие методы гибридизации: инбридинг, аутбридинг и отдалённую гибридизацию.
Инбридинг — близкородственное скрещивание.
При инбридинге скрещиваются потомки с родительскими формами или потомки одних и тех же родителей. Этот тип скрещивания применяют для получения чистых линий, т. е. перевода большинства генов в гомозиготное состояние и закрепления ценных признаков. Нежелательным последствием близкородственного скрещивания является инбредная депрессия — снижение продуктивности и жизнеспособности потомства из-за проявления рецессивных мутаций.
Аутбридинг — неродственное (межпородное или межсортовое) скрещивание.
При неродственном скрещивании может наблюдаться эффект гетерозиса (гибридной силы) — повышение жизнеспособности и продуктивности гибридов по сравнению с родительскими формами. Гетерозис проявляется у гибридов первого поколения и обусловлен переходом большинства генов в гетерозиготное состояние. При этом нежелательные рецессивные мутации становятся скрытыми. При половом размножении в следующих поколениях степень гетерозиготности уменьшается и эффект гибридной силы исчезает. Он может сохраняться только при вегетативном размножении.
Отдалённая гибридизация — скрещивание организмов, относящихся к разным видам и родам.
Осуществляется с трудом, а полученные гибриды бесплодны из-за затруднения конъюгации хромосом разных видов в профазе I мейоза. Разработаны методы преодоления бесплодия.
