Как возникает явление гетерозиса
Существует несколько гипотез, которые пытаются объяснить суть гетерозиса растений и животных. Первым предложил свою теорию Ч.Дарвин.
Он изучил исследования английских селекционеров, которые занимались выведением новых пород животных для сельского хозяйства. Дарвин заметил, что близкородственное скрещивание, которое использовалось для сохранения полезных качеств, приводило к противоположному эффекту. Точно как самоопыление растений. При этом скрещивание отдаленных видов повышало жизнеспособность потомков.
Дарвин описал в книге свои предположения, что улучшение и ухудшение качеств потомков происходит по одной причине – это связано со степенью выраженности различия и сходства пoлoвых элементов, которые объединяются во время оплодотворения.
Таким образом, существенные различия между родительскими формами, приведут к более сильному проявлению гетерозиса, а у потомков близкородственных организмов явление ослабевает.
Джонсом была выдвинута также гипотеза доминирования. Она гласит, что доминантные гены благоприятно воздействуют на явление – так как положительная сторона гетерозиса проявляется именно в сочетании полезных доминантных качеств родителей.
Во время скрещивания идет объединение в одном организме доминантных признаков находящихся в разных локусах, которые при этом подавляют нeблагоприятное действие рецессивных аллелей.
Гипотеза доминирования нашла много сторонников, но и она не способна объяснить все спopные моменты, возникающие в процессе гетерозиса. Если придерживаться данной гипотезы, то можно предположить, что при скрещивании особей с несколькими парами отличительных признаков, полученные в потомстве гетерозиготы Aa будут близки по продуктивности к гомозиготе AA. Но в реальности все происходит иначе и гетерозиготный организм превосходит по качеству признака обоих родителей, как рецессивную (aa), так и доминантную (AA) гомозиготу. Поэтому эффект гетерозиса проявляется только в первом поколении. В последующих поколениях эффект угасает.
Это явление названо сверхдоминированием.
Сверхдоминирование объясняется наличием разнокачественных признаков одной и той же пары аллелей у гибридов первого поколения в результате использования отличающихся исходных форм.
Формирование зародыша из разнородных гамет родителей, вызывает некую стимуляцию, что ускоряет рост и развитие гибридных особей.
Презентация на тему: » Селекция гетерозисных гибридов первого поколения. План 1.Понятие о гетерозисе и его значение в селекции растений. 2.Цитоплазматическая мужская стерильность.» — Транскрипт:
1
Селекция гетерозисных гибридов первого поколения. План 1.Понятие о гетерозисе и его значение в селекции растений. 2.Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) – основа гетерозисной селекции. 3.Создание родительских форм гетерозисных гибридов. 4.Практическое использование ЦМС и эффекта гетерозиса в семеноводстве.
2
Гетерозис – наличие у гибридов первого поколения увеличения размеров, мощности, урожайности и большей способности выдерживать конкуренцию в неблагоприятных условиях по сравнению с исходными родительскими формами.
3
Сущность явления гетерозиса состоит в том, что в результате скрещивания двух наследственно разнокачественных особей получается потомство более плодовитое, чем каждая из родительских форм.
4
Развитие селекции на гетерозис связано с именем американского генетика Д. Г. Шелла, который впервые в своих работах ( гг.) поставил вопрос о выращивании в производственных условиях гибридов кукурузы с целью повышения урожайности.
5
Наиболее резко выраженный гетерозис по урожайности наблюдается у гибридов первого поколения. Во втором и последующих поколениях урожайность гибридов снижается и наблюдается расщепление по морфологическим признакам и биологическим свойствам.
6
В производственных условиях целесообразно использовать только гибриды первого поколения.
7
Процесс подбора родительских пар связан с их оценкой на комбинационную способность.
8
Главные типы гетерозиса: –Соматический – проявляется в более мощном развитии вегетативных частей у гибридных организмов; –Репродуктивный – в более мощном развитии репродуктивных органов (семян, плод); –Адаптивный – в повышенной жизнеспособности, приспособленности, конкурентноспособности и других факторов играющих роль в борьбе за существование.
9
Впервые в 1904 году об открытии ЦМС у растений чебра сообщил Корренс (США).
10
Открытие ЦМС у кукурузы сделанные независимо друг от друга в 1933 г. М. И. Хаджиновым и М. Роудсом позволило начать промышленное производство гибридов F 1
11
Экспериментально доказано, что признак мужской стерильности можно путём гибридизации и отбора «ввести» в женские линии. Такие линии могут служить материнскими формами для получения простых гибридов, а простые в качестве материнских форм двойных гибридов.
12
Растения, обладающие цитоплазматической мужской стерильностью (ЦМС), имеют недоразвитые пыльники с бесплодной пыльцой, лишенной запасных питательных веществ и, прежде всего, крахмала, отсутствие которого в пыльце является показателем его стерильности. ЦМС передается потомству только по материнской линии.
13
Практическое использование ЦМС неразрывно связано с созданием стерильных линий и их фертильных аналогов методом насыщающих скрещиваний.
14
Схема создания стерильного аналога линии А. линии А. 1-й год: И х А 2-й год: (И х А) х А 3-й год: (И х А ) х А 4-й год: (И х А ) х А 5-й год:(И х А ) х А 6-й год: (И х А ) х А И – линия источник стерильности А– линия, которой нужно передать ЦМС
15
Схема создания аналога восстановителя фертильности линии А на стерильной основе 1-й год: источник фертильности В х А 2-й год: (В х А) х А 3-й год: (В х А ) х А 4-й год: (В х А ) х А 5-й год: (В х А ) х А В – восстановитель фертильности А – стерильная линия 2 3 4
16
Стерильные аналоги используются в качестве материнских форм при производстве гибридных семян.
17
Сорта или линии, которые при скрещивании со стерильными растениями дают потомство с нормально развитой пыльцой, называют восстановителями фертильности.
18
Общая схема использования мужской стерильности в селекции гибридов сорго. Источник мужской стерильности Изучение реакции образцов на ЦМС Образцы восстановители Образцы закрепители стерильности Создание стерильности аналогов Создание аналогов восстановителей фертильности Испытание гибридов в контрольном питомнике
19
Участок гибридизации
Как возникает явление гетерозиса
Существует несколько гипотез, которые пытаются объяснить суть гетерозиса растений и животных. Первым предложил свою теорию Ч.Дарвин.
Он изучил исследования английских селекционеров, которые занимались выведением новых пород животных для сельского хозяйства. Дарвин заметил, что близкородственное скрещивание, которое использовалось для сохранения полезных качеств, приводило к противоположному эффекту. Точно как самоопыление растений. При этом скрещивание отдаленных видов повышало жизнеспособность потомков.
Дарвин описал в книге свои предположения, что улучшение и ухудшение качеств потомков происходит по одной причине – это связано со степенью выраженности различия и сходства половых элементов, которые объединяются во время оплодотворения.
Таким образом, существенные различия между родительскими формами, приведут к более сильному проявлению гетерозиса, а у потомков близкородственных организмов явление ослабевает.
Эффект гетерозиса особенно проявляется в первом поколении, затем постепенно угасает
Джонсом была выдвинута также гипотеза доминирования. Она гласит, что доминантные гены благоприятно воздействуют на явление – так как положительная сторона гетерозиса проявляется именно в сочетании полезных доминантных качеств родителей.
Во время скрещивания идет объединение в одном организме доминантных признаков находящихся в разных локусах, которые при этом подавляют неблагоприятное действие рецессивных аллелей.
Гипотеза доминирования нашла много сторонников, но и она не способна объяснить все спорные моменты, возникающие в процессе гетерозиса. Если придерживаться данной гипотезы, то можно предположить, что при скрещивании особей с несколькими парами отличительных признаков, полученные в потомстве гетерозиготы Aa будут близки по продуктивности к гомозиготе AA. Но в реальности все происходит иначе и гетерозиготный организм превосходит по качеству признака обоих родителей, как рецессивную (aa), так и доминантную (AA) гомозиготу. Поэтому эффект гетерозиса проявляется только в первом поколении. В последующих поколениях эффект угасает.
Это явление названо сверхдоминированием.
Сверхдоминирование объясняется наличием разнокачественных признаков одной и той же пары аллелей у гибридов первого поколения в результате использования отличающихся исходных форм.
Формирование зародыша из разнородных гамет родителей, вызывает некую стимуляцию, что ускоряет рост и развитие гибридных особей.
Гетерозис у людей: джеры и монги
Эффект гетерозиса проявляется при межрасовых браках. Тема эта довольно щекотливая, особенно в условиях околонаучных спекуляций на тему вырождения нации и других популистских заявлений. Но генетики и молекулярные биологи однозначно заявляют — гетерозис обусловлен при межнациональных браках теми же механизмами, и общие биологические параметры потомства могут быть выше родительских. Когда эффект гетерозиса проявляется (что более вероятно при чистоте национальных признаков у родителей), людей называют словом «джер» от GeteRozis, GR. Если же эффект гетерозиса не проявляется, общие параметры детей будут хуже родительских. Такие люди называются «монг» от MONGrel.
Гетерозис, полиплоидия, мутагенез, их использование в селекции. Причины использования гибридных семян кукурузы, бройлерных цыплят в сельском хозяйстве
1. Использование в селекции явления гетерозиса — гибридной силы, которая проявляется в повышении жизнеспособности и продуктивности гибридов. Способы получения гетерозиса: 1) принудительное самоопыление перекрестноопыляемых растений (или близкородственное скрещивание животных) для перевода большинства генов в гомозиготное состояние; 2) скрещивание гомозиготных особей разных линий, получение гибридов, у которых большинство генов переходит в гетерозиготное состояние, в результате чего повышается их жизнеспособность и продуктивность.
2. Гетерозис — основа высокой продуктивности бройлерных цыплят, кукурузы, выращенной из гибридных семян. Способ получения гибридных семян кукурузы — создание чистых линий, затем межлинейное скрещивание для перевода большинства генов в гетерозиготное состояние.
3. Причины затухания явления гетерозиса в последующих поколениях — действие закона расщепления во втором и последующих поколениях, появление гомозигот по целому ряду хозяйственно ценных признаков, снижение продуктивности, жизнеспособности.
4. Полиплоидия — кратное увеличение числа хромосом в потомстве, особый тип наследственной изменчивости, хромосомных мутаций. Причины возникновения полиплоидных форм — нарушение процессов митоза и мейоза (хромосомы после их удвоения не расходятся в дочерние клетки, а остаются в материнской). В процессе митоза возникает клетка с четырьмя наборами хромосом (тетрапло-идная), в процессе мейоза вместо гаплоидной формируется диплоидная клетка. Причина образования триплоидной зиготы — слияние при оплодотворении диплоидной гаметы с гаплоидной, а тетраплоидной зиготы — слияние двух диплоидных гамет.
5. Широкое распространение полиплоидии в природе среди растений. Особенности полиплоидных форм — увеличение массы и размеров по сравнению с диплоидными организмами. Использование полиплоидии в селекции. Искусственное получение полиплоидных форм воздействием на клетки в период деления химическими веществами, которые не препятствуют удвоению хромосом, но мешают их расхождению в дочерние клетки.
6. Мутагенез — искусственное получение мутаций для усиления наследственной изменчивости организмов. Мутагенез — основа повышения эффективности искусственного отбора. Мутагены — вещества, вызывающие изменения ДНЯ, генов: это рентгеновские лучи, ионизирующее излучение, активные химические вещества и др.
7. Использование мутагенеза в селекции: экспериментальное получение разнообразных мутаций. Мутагенез — важный метод повышения эффективности отбора, отбор — метод сохранения лишь таких мутаций, которые необходимы для создания нового сорта.
Ответы на вопрос
Отвечает Зарипова Лейсан.
Ответ:
Гетерозис — увеличение продуктивности, мощности и жизнеспособности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами. Явление гетерозиса может выражаться в увеличении роста растений, повышении урожая зеленой массы или зерна, процентного содержания сахара в корнеплодах, жира в семенах и т. д. Гетерозисные формы более жизнеспособны и лучше противостоят неблагоприятным условиям среды. Наиболее полно гетерозис проявляется у гибридов первого поколения. В последующих поколениях урожайность гибридов резко снижается.
Возникает гетерозис только при скрещивании родительских форм с высокой комбинационной способностью. Различают общую комбинационную способность, т. е. способность данной формы (линии, гибрида и т. д.) давать гетерозисное потомство при скрещивании ее с различными другими генотипами (линиями, сортами и т. д.), и специфическую — способность формы давать гетерозисные гибриды при скрещивании с какой-то определенной другой формой.
Объяснение:
надеюсь так норм
Отвечает Ковалёв Александр.
Селекция на гетерозис (гибридное преимущество) у самоопыляемых растений имеет свои особенности по сравнению с селекцией у растений, которые легче подвергаются скрещиванию. Гетерозис проявляется в потомстве гибридов, у которых характеристики превосходят средние значения родительских линий.
Основные особенности селекции на гетерозис у самоопыляемых растений:
Выбор родителей: Поскольку гетерозис связан с объединением разнообразных генетических материалов, важно подбирать родителей с максимально различными генотипами, чтобы обеспечить максимальное проявление гетерозиса в потомстве.
Отбор на стабильность: В гетерозисе может быть присутствен временное повышение характеристик, которое затем может снижаться в последующих поколениях. Поэтому важно не только учитывать высокие значения характеристик, но и их стабильность через несколько поколений.
Создание гибридных комбинаций: Поскольку самоопыляемые растения обладают высокой степенью гомозиготности, гетерозис может быть слабее выраженным по сравнению с гибридами
Однако селекционеры могут создавать гибридные комбинации путем скрещивания различных линий с выраженной гетерозиготностью.
Самоопыление и инбридинг: Самоопыление может привести к инбридингу (скрещивание близкородственных особей), что может уменьшить проявление гетерозиса. Поэтому важно следить за уровнем инбридинга и проводить селекцию с учётом его уровня.
Использование маркеров и молекулярной селекции: Для эффективной селекции на гетерозис можно использовать молекулярные маркеры, которые помогут выявить генотипы, способствующие гетерозису. Это позволяет более точно выбирать родителей и генерировать гибриды.
Учёт адаптации и агрономических характеристик: Помимо гетерозиса, необходимо учитывать адаптацию гибридов к конкретным агроклиматическим условиям и их агрономические характеристики, такие как устойчивость к болезням, высокая урожайность, качество продукции и другие факторы.
Важно отметить, что конкретные методы и подходы могут различаться в зависимости от конкретных растений и селекционных задач
Гетерозис в растениеводстве
Гетерозис в растениеводстве проявляется в превосходстве гибридов первого поколения (F1) над лучшей из родительских форм по одному или нескольким признакам, в т. ч. имеет место улучшение габитуса растений, увеличение массы вегетативных и генеративных органов, улучшение биохимич. и физиологич. признаков; повышение адаптивности, увеличение продуктивности на 15–50%. Чем больше различаются скрещиваемые родительские формы по морфологич., биологич., физиологич., адаптивным и др. признакам, тем сильнее проявляется Г. Селекция гибридов F1 состоит из нескольких этапов. Вначале проводят поиск и создание форм растений с признаками или механизмами, препятствующими самоопылению (двудомность, стерильность и др.). На следующем этапе путём многократного самоопыления перекрёстноопыляющихся растений создают инбредные гомозиготные по осн. хозяйственно ценным признакам линии. Далее путём реципрокных скрещиваний с др. инбредными линиями проводят их оценку на комбинационную способность, выделяют лучшие гибриды и их родительские линии. Завершающий этап состоит в производственном получении семян гетерозисных гибридов с использованием разл. скрещиваний (межсортовых, сортолинейных и др.). Возделывают высокопродуктивные гибриды F1 зерновых, зернобобовых, овощных, декоративных и др. культур. Некоторые отрасли растениеводства (напр., овощеводство защищённого грунта) к нач. 20 в. полностью перешли на использование гетерозисных гибридов. Эффект Г. сохраняется у растений следующего поколения только при вегетативном размножении.
Гетерозис у животных
Практическое использование явления в животноводстве основано на улучшении качества производимой продукции. Положительные моменты проявляются в жизнестойкости животных, в повышенной плодовитости, ускорении роста, уменьшении затрат на корм и т.д.
Эффект гетерозиса применяется в разнообразных отраслях: скотоводстве, овцеводстве, птицеводстве. Для получения гетерозисных гибридов используют следующие методы:
- Межвидовое скрещивание: результатом такого метода стало получение мулов – выносливых и высокопроизводительных животных. При спаривании двугорбого верблюда с одногорбым рождаются нары, имеющие большую массу, силу и плодовитость.
- межпородное скрещивание: применяется в животноводстве чаще всего, гибриды первого поколения всегда превосходят исходные формы по массе, молоко имеет высокую жирность, а потомки более жизнеспособны.
Условия получения эффекта в животноводстве
При межпородном скрещивании необходимо внимательно подбирать породы. Родительские формы должны обладать высокой продуктивностью и пройти ряд селекционных отборов.
Выращивать полученных гибридов нужно с учетом особенностей жизнедеятельности обеих исходных пород, чтобы получить здоровое потомство.
Механизм: комплементация или сверхдоминирование
Что такое гетерозис с точки зрения его механизмов — и сегодня вопрос. В среде компетентных ученых бытует две теории по поводу механизма данного явления:
- Теория комплементарности объясняет явление усиления гибридов «включением» генов, что были у родительских форм в гомозиготном (аа или АА) состоянии. В первом поколении гибридов гетерозиготная аллель генов (Аа) и обуславливает гетерозис.
- Теория сверхдоминирования. Согласно данной версии, гетерозис обусловлен повышенным доминированием доминантных аллелей у гибридов и отключением репрессоров (угнетателей) генов. Ключевую роль при этом занимает теория иерархии генов, согласно которой в геноме имеются ключевые регуляторы — гены, играющие важную роль во включении тех или иных генов.
Последние исследования молекулярной биологии, однако, доказывают наличие в гетерозисных гибридах механизмов и комплементации, и сверхдоминирования, и наличие ключевых «включателей» генов, которые и заказывают музыку в оркестре реализации генома.
Селекция на гетерозис
Гетерозис — это увеличение мощности и жизнеспособности гибридов первого поколения по сравнению с родительскими формами при различных скрещиваниях животных или растений . В животноводческой практике под гетерозисом понимают преимущество помесей первого поколения по тем или иным хозяйственно-полезным признакам по сравнению с родительскими формами. В рыбоводстве различают два типа гетерозиса: эугетерозис (собственно гетерозис) и избыточный гетерозис (гигантизм).
При эугетерозисе гибриды первого поколения превосходят родительские формы по комплексу признаков, имеющих приспособительное значение (повышенная плодовитость, выживаемость, более высокие темпы роста и др.). Наиболее часто эугетерозис проявляется при скрещивании инбредных линий как свойство противоположное инбредной депрессии.
При избыточном гетерозисе наибольшее развитие получает какой-либо один признак или свойство без повышения общей приспособленности организма. Это может приводить к угнетению развития других систем.
Для оценки эффекта гетерозиса полученных гибридов сравнивают либо с лучшей из родительских форм (истинная оценка гетерозиса), либо со средней по стаду (гипотетическая оценка гетерозиса).
У многих рыб обнаружен гетерозис при неродственном скрещивании. Например, помеси, полученные от скрещивания карпа с амурским сазаном, дают значительный гетерозис по жизнеспособности.
Эффект гетерозиса обнаруживается лишь при сочетании определенных групп, устанавливаемом в опытах по оценке комбинационной способности (общей и специфической). Общая комбинационная способность отражает среднюю ценность группы во всех ее сочетаниях с другими группами. Специфическая комбинационная способность характеризует продуктивность конкретных гибридных сочетаний (например, линии А с линией В).
Более важно установление специфической комбинационной способности, поскольку она дает возможность получения более высокой продуктивности. Однако проверка всех сочетаний большого количества племенных групп очень трудоемка
Вместе с тем линии с высокой общей комбинационной способностью обычно имеют высокую специфическую комбинационную способность. Поэтому на первом этапе определяют общую комбинационную способность линий, после чего лучшие из них тестируют на специфическую комбинационную способность. Отобранные по результатам этой проверки группы скрещивают между собой для получения промышленных гибридов. При оценке общей и специфической комбинационной способности применяют массовые скрещивания с использованием не менее 10 самок и самцов каждой группы.
Комбинационная способность племенных групп может быть повышена с помощью селекции. В рыбоводстве наиболее эффективна реципрокная периодическая селекция, при которой в каждом цикле чередуют анализирующее скрещивание и отбор.
Гетерозис у людей: джеры и монги
Эффект гетерозиса проявляется при межрасовых браках. Тема эта довольно щекотливая, особенно в условиях околонаучных спекуляций на тему вырождения нации и других популистских заявлений. Но генетики и молекулярные биологи однозначно заявляют — гетерозис обусловлен при межнациональных браках теми же механизмами, и общие биологические параметры потомства могут быть выше родительских. Когда эффект гетерозиса проявляется (что более вероятно при чистоте национальных признаков у родителей), людей называют словом «джер» от GeteRozis, GR. Если же эффект гетерозиса не проявляется, общие параметры детей будут хуже родительских. Такие люди называются «монг» от MONGrel.
Слайды и текст этой презентации
Слайд 1Гетерозис,
его использование в селекционном процессе.
Слайд 2Йозеф Кёльрейтер, Ч. ДарвинГетерозис – наличие у гибридов первого поколения
неблагоприятных условиях по сравнению с исходными родительскими формами.
Слайд 3 Сущность явления гетерозиса состоит в том, что в
чем каждая из родительских форм.
Слайд 5Развитие селекции на гетерозисе связано с именем американского генетика Д.
Г. Шелла, который впервые в своих работах (1905-1908 гг.) поставил
вопрос о выращивании в производственных условиях гибридов кукурузы с целью повышения урожайности.
Слайд 6 Существует несколько теорий, которые
объясняют гетерозис. -теория «доминирования», согласно которой гетерозис обусловлен наличием
у гибридов подбора благоприятных доминантных аллелей разных типов, взаимодействующих по комплементарному типу. P AAbbCCdd * aaBBccDD F AaBbCcDd -теория – «сверхдоминирования» объясняет гетерозис за счет преимущества гетерозиготного состояния генотипа над гомозиготным (Aa преимущества перед АА аа) — теория «компенсаторных комплексов» — гетерозис обеспечивается комплексом генов, нивелирующим отрицательные эффекты высокого уровня гомозиготности и дающим при гибридизации эффект гибридной силы..
Слайд 7 Наиболее резко выраженный гетерозис по урожайности
наблюдается у гибридов первого поколения. Во
втором и последующих поколениях урожайность гибридов снижается и наблюдается расщепление по морфологическим признакам и биологическим свойствам.
Слайд 8Создание гетерозисных гибридов. 1 этап-многократное самоопыление многих растений
гомозиготных по подавляющему числу генов..
Слайд 92 этап- оценка полученных в результате самоопыления линий по их
комбинационной способности- т.е способности давать при скрещивании с другой линией
гетерозисных гибридов.Различают комбинационную способность:общую и специфическую. Общая комбинационная способность-средний уровень гетерозиса, который дает линия при скрещивании со многими другими линиями. Специфическая комбинационная способность-тот уровень гетерозиса, который дает линия при скрещивании с другой конкретной линией.
– исходные родительские формы, 3 – гибриды F1, 4-10 –
гибриды последующих поколений
Слайд 13 Экспериментально доказано, что признак мужской стерильности можно путём
гибридизации и отбора «ввести» в женские линии. Такие
линии могут служить материнскими формами для получения простых гибридов, а простые в качестве материнских форм двойных гибридов.
бесплодной пыльцой, лишенной запасных питательных веществ и, прежде всего, крахмала,
отсутствие которого в пыльце является показателем его стерильности. ЦМС передается потомству только по материнской линии.
потомство с нормально развитой пыльцой, называют восстановителями фертильности.