Массовый отбор в селекции: примеры

Примеры массовых отборов

Примером получения гибрида массовым отбором является тритикале. Это растение получено путем скрещивания пшеницы и ржи. Новый сорт отличается высокой морозостойкостью, неприхотливостью и устойчивостью ко многим заболеваниям.

Российским академиком получены новые сорта пшенично-зерновых растений с высокой устойчивостью к полеганию. Однако первые растения не подходили для получения посадочного материала, так как в их геноме было несколько хромосом, не участвующих в мейозе. При дальнейших исследованиях было предложено удвоить количество некоторых хромосом. Результатом работы стал амфидиплоид.

Селекционеры скрестили капусту с редькой. У этих растений одинаковое количество хромосом. Последний результат содержал 18 хромосом, но оказался бесплодным. Последующее удвоение количества хромосом привело к появлению растения с 36 хромосомами и плодами. Полученный организм проявил признаки капусты и редиса.

Другой пример гибридизации — кукуруза. Именно она стала родоначальницей гетеротических гибридов. Урожайность гибридной культуры была на тридцать процентов выше, чем у родительской.

Этапы селекции растений

Методы селекции растений претерпели множество изменений с тех пор, как они были начаты 9000-1000 лет назад. Современный метод селекции растений осуществляется в следующие этапы:

1. Изменчивость лежит в основе всех методов разведения. Первый шаг включает в себя сбор растений или семян для всех возможных аллелей для всех генов в данной культуре, которая известна как зародышевая плазма. В эту коллекцию входят даже дикорастущие сорта и родственники культивируемых видов.
2. Оценка и отбор родительских растений. Зародышевая плазма оценивается для отбора родительских растений с желаемыми характеристиками. Сочетание этих характеристик ожидается в гибридном потомстве. Например, растительная культура с высоким содержанием белка может быть выбрана для скрещивания с растением с более высокой устойчивостью к болезням.
3. Перекрестная гибридизация между выбранными родителями. На третьем этапе родители подвергаются перекрестной гибридизации для получения чистых линий потомства. Это утомительная и трудоемкая практика, осуществляемая обычным способом внесения пыльцы с одного растения на рыльце другого. Несмотря на затраченный труд, только одно или два потомства из нескольких сотен демонстрируют желаемое сочетание характеристик.
4. Отбор и тестирование превосходных рекомбинантов. Затем оценивают развитое потомство, и те, которые обладают желаемой комбинацией характеристик, самоопыляются для достижения гомозиготности.
5. Тестирование, выпуск и коммерциализация новых сортов. Новые сорта выращиваются на исследовательских полях, где они тестируются на их агрономические характеристики качества, урожайности, устойчивости к болезням и т.д. За этим следует выращивание этих культур на полях фермеров в разных местах страны, которые представляют различные агроклиматические зоны. При успешных результатах посевы выпускаются в коммерческих целях для общественного потребления.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию. Различают внутривидовую и межвидовую (отдаленную) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведет к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, а с другой приводит к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению.

Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные линии, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрестное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом. Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдаленная) гибридизация — скрещивание разных видов. Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы и осла, лошак — гибрид коня и ослицы). Обычно отдаленные гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у отдаленных гибридов растений удается с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Полиплоидия — увеличение числа хромосомных наборов. Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные 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.

Что такое селекция растений

Данный процесс включает в себя объединение родительских растений для получения следующего поколения с наилучшими характеристиками. Селекционеры улучшают растения, отбирая примеры с наибольшим потенциалом на основе данных о производительности, родословной и более сложной генетической информации. Растения улучшаются для производства продуктов питания, кормов, волокон, топлива, укрытий, ландшафтного дизайна, экосистемных услуг и множества других видов человеческой деятельности.

Селекция предполагает создание генетически разнообразных популяций нескольких поколений, на которых практикуется человеческий отбор для создания адаптированных растений с новыми комбинациями специфических желательных признаков. Процесс отбора определяется биологической оценкой в соответствующих целевых средах и знанием генов и геномов. Прогресс оценивается на основе прироста при отборе, который зависит от генетической изменчивости, интенсивности отбора и времени.

Список и описание методов селекции растений

Методы селекции растений:

• гибридизация;
• отбор.

Гибридизация — это процесс скрещивания двух различных по генотипу организмов, размножающихся половым путем. Возникшие в результате данных скрещиваний особи называются гибридами.

Гибридизация подразделяется на:

• инцухт;
• аутбридинг.

Отбор бывает:

• индивидуальный;
• массовый.

Инбридинг — близкородственное скрещивание, приводящее к повышению гомозиготности. Основное применение — для получения чистых линий. Является единственным методом, использование которого направлено на сохранение сорта в чистом виде.

Инбридинг происходит при самоопылении перекрестноопыляемых растений. Растения подбирают такие, гибриды которых дают максимальный эффект гетерозиса.

Эффект гетерозиса заключается в свойстве гибридов превосходить по отдельным признакам лучшего из родителей. Данный эффект быстро угасает, часто наблюдается бесплодие.

Последствия инбридинга:

• ослабление организмов, снижение их устойчивости к воздействиям среды;
• повышение заболеваемости;
• накопление вредных рецессивных аллелей.

Примеры:

• семена большинства овощных культур;
• сорт яблок «Бужбон».

Аутбридинг — скрещивание растений, относящихся к разным сортам, видам, родам. 
Аутбридинг приводит к повышению гетерозиготности у потомства, соответственно — к повышению гетерозиготности популяции. 
Аутбридинг соответствует перекрестному опылению.

Последствия аутбридинга:

• явление гетерозиса;
• повышение наследственной изменчивости;
• разрушение адаптивных комплексов генов;
• повышение уровня мутационных процессов.

Примеры:

• кукуруза;
• капуста;
• слива;
• рожь;
• свекла.

Индивидуальный отбор                    

Применяется для самоопыляемых растений. Итог: получение чистой линии — потомства одной самоопыляющейся особи. Происходит отбор некоторых растений с необходимыми признаками, затем от них получают генетически однородное потомство. 
Примеры:

• овес;
• пшеница;
• горох;
• ячмень.

Массовый отбор — выделение группы особей, которые сходны по одному или нескольким признакам, без проверки их генотипа. 
Массовый отбор проводится по фенотипу. Применяется для перекрестноопыляемых растений. Все потомки гетерозиготны.

Примеры:

•  подсолнечник;
• рожь;
• кукуруза.

Характеристики основных методов селекции

Основные методы селекции:

• отбор;
• гибридизация;
• искусственный мутагенез;
• полиплоидия.

Методы отбора:

• естественный;
• индивидуальный;
• массовый.

Естественный отбор. Формируется приспособленность к среде обитания. Получают районированные сорта и породы. Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение всей его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и растение должно быть устойчиво к болезням и вредителям, температурному и водному режиму.

Индивидуальный отбор. Данный вид отбора представляет собой выборочное сохранение особей с ценными свойствами. Осуществляется по генотипу, проводится оценка конкретного организма.                  

Массовый отбор. Данный метод селекции представляет собой отбор большого числа особей с необходимым признаком, остальные подвергаются выбраковке. Осуществляется по фенотипу, генетически однородный материал не предусмотрен. Многократный повтор. 

Методы гибридизации:

• инбридинг;
• аутбридинг;
• отдаленная гибридизация.

Инбридинг — целенаправленное скрещивания близкородственных форм растений, животных и людей с целью накопления аллелей генов, содержащих нужный для человека признак. Синонимы данного процесса:

• инцухт — для растений;
• инбридинг — для животноводства;
• инцест — для людей.

Аутбридинг — простой и надежный метод разведения, который представляет собой скрещивание особей разных линий. Повышается уровень гетерозиготности. Гетерозиготные особи обладают более ценными признаками, чем гомозиготные. Данное скрещивание направлено на получение эффекта гетерозиса.    

Отдаленная гибридизация. Представляет собой скрещивание особей, которые принадлежат к разным видам, родам, семействам.  
Подразделяют на:

• межродовая;
• межвидовая.  

Искусственный мутагенез — новый метод селекции, представляющий собой получение наследственной изменчивости у особей путем воздействия на них сильными факторами.  
Методы получения наследственной изменчивости:

• метод радиационной селекции — особи подвергаются воздействию альфа–, гамма– и бета–лучей, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей, потоков нейтронов;
• метод химической селекции — особи подвергаются воздействию сильных химических веществ.  

Полиплоидия в традиционной селекции — метод, широко используемый в селекции. Полиплоидия — наследственное изменение, которое связано с увеличением числа наборов хромосом в клетках организма, кратное гаплоидному числу хромосом. Дает увеличение размеров плодов и цветов. Полиплоидия гораздо чаще встречается среди растений, чем среди животных.                                  

Причины возникновения полиплоидии:

• излучение;
• изменение температурного режима;
• нарушение расхождения хромосом при митотическом делении клетки.

 Типы полиплоидии:

• аутополиплоидия — внутривидовая, кратное увеличение набора хромосом;
• аллоплоидия — межвидовая, суммирование геномов разных видов, только затем идет их кратное увеличение.

Значение методов селекции в жизни человека

Значение селекции:

1. Создание для сельского хозяйства высокопродуктивных сортов растений и пород животных.

Одним из важнейших достижений человека является создание надежного источника питания путем одомашнивания диких животных и возделывания растений. Главным фактором одомашнивания служит искусственный отбор организмов.

Культурные формы растений и животных обладают сильно развитыми отдельными признаками, которые зачастую являются бесполезными или вредными для их существования в естественных условиях, но полезными для человека.

Продуктивность всех культурных растений значительно выше, чем у родственных им диких видов, при этом они хуже адаптируются к постоянно меняющимся условиям среды и не имеют средств защиты от поедания. Таким образом, в естественных условиях культурные формы существовать не могут.

Массовый метод отбора растений

Массовый отбор при выведении новых сортов растений предполагает опыление большого количества растений одновременно. Чаще всего этот метод используется при выведении новых сортов ржи, кукурузы, подсолнечника, пшеницы. Когда эти культуры просеиваются, новые сорта состоят из гетерозиготных представителей вида и имеют уникальный генотип.

Массовый отбор в селекции позволяет получать новые сорта с улучшенными качествами. Однако этот метод считается неустойчивым из-за высокой вероятности незапланированного перекрестного опыления (насекомыми, птицами).

Массовый отбор растений — это определение группы образцов растений, похожих друг на друга по установленным характеристикам. Например, возьмем методику выращивания зерновых культур нового поколения. Обычно получение сортов методом массовой селекции предполагает посев большого количества экземпляров с последующей оценкой их развития и роста, устойчивости к болезням и вредителям. Также оценивается уровень скороспелости, климатические требования и урожайность. При выведении новых сортов ржи селекционеры отбирают только те образцы растений, которые оказались наиболее устойчивыми к различным воздействиям и имеют большой колос с наибольшим количеством зерен. При повторном посеве полученного материала отбираются только наиболее зарекомендовавшие себя виды растений. В результате этой работы получен новый сорт с однородными генами. Это массовый отбор. Примеры выращивания ржи показывают, как проводится отбор растений.

Массовая селекция имеет множество преимуществ, главными из которых являются простота, экономичность и возможность получить новые сорта растений в короткие сроки. К недостаткам можно отнести невозможность получить детальную оценку потомства.

Виды селекции растений

Различные типы существующих процессов селекции растений включают:

• инбридинг;
• обратное скрещивание;
• селекцию мутаций;
• гибридную селекцию;
• генную инженерию.

Все эти процессы включают в себя свои собственные различные методы и способы, которые способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур несколькими способами.

Обратное скрещивание

При этом растение с желаемыми признаками скрещивается с растением, которое не обладает желаемыми признаками, но обладает несколькими другими признаками.

Растение, обладающее желательным признаком, например, устойчивостью к плесени, скрещивается с растением, которое не обладает этим признаком, но желательно по всем остальным признакам. Существует этап контроля качества, чтобы убедиться, что единственным изменением исходного сорта является желаемый признак.

Инбридинг

В зависимости от вида некоторые растения могут быть оплодотворены сами по себе. Это делается для получения инбредного сорта, который из поколения в поколение остается точно таким же. Поскольку он сохраняет исходные черты, он полезен тремя способами: для исследований, в качестве новых сортов с истинной селекцией и в качестве родителей гибридов.

Гибридная селекция

В этой ситуации два разных инбредных сорта скрещиваются для получения потомства со стабильными характеристиками и гибридной энергией, где потомство намного более продуктивно, чем любой из родителей.

Селекция мутаций

Мутации в генах растений приводят к появлению новых сортов.

Естественные генетические мутации существуют во всем мире. Если эти случайные примеры будут найдены и восприняты как улучшение, их можно будет использовать для создания новых сортов. В качестве альтернативы мутации можно искусственно стимулировать, подвергая растения воздействию химических веществ или радиации.

Генная инженерия

Генная инженерия помогает в создании скрещивания с желаемыми признаками, вставляя интересующую игру в ДНК культуры. Такие культуры известны как генетически модифицированные культуры. Например, Bt-культуры.

Селекция и генетика растений

Грегор Мендель (1822-84) считается «отцом генетики». Он разработал законы наследования с помощью экспериментов с гибридизацией растений. Генетика стимулировала исследования по повышению урожайности сельскохозяйственных культур за счет селекции растений.

Генетическая модификация растений достигается путем добавления выбранного гена или генов к растению или путем уничтожения гена с помощью РНК-интерференции для получения желаемого фенотипа. Растения, полученные в результате добавления гена, часто упоминаются как трансгенные растения. Если гены генетической модификации вида или скрещиваемого растения используются для проверки их нативного промотора, то они называются цисгенными растениями. Иногда генетическая модификация может привести к появлению растения с заданным признаком или признаками быстрее, чем классическая селекция, потому что основная часть генома растения не изменяется.

Современная селекция растений

Иногда множество различных генов может влиять на желаемый признак в селекции растений. Использование таких инструментов, как молекулярные маркеры или ДНК-отпечатки пальцев, может нанести на карту тысячи генов. Это позволяет селекционерам проводить скрининг больших популяций растений на предмет людей, обладающих интересующей чертой. Скрининг основывается на наличии или отсутствии определенного гена, определяемого лабораторными процедурами, а не на визуальной идентификации выраженного признака внутри растения.

Классическая или традиционная селекция растений

Традиционная селекция в значительной степени основана на гомологичной рекомбинации между хромосомами для получения генетического разнообразия. Классический селекционер растений может также использовать различные методы in vitro, такие как слияние протопластов, спасение эмбрионов или мутагенез, для получения разнообразия и получения гибридных растений, которые могут не существовать в природе.

Другой метод заключается в преднамеренном скрещивании близкородственных или отдаленных особей для получения новых сортов или линий сельскохозяйственных культур с желаемыми свойствами. Растения для скрещивания используются для введения признаков или генов одного сорта или линии в замещающий генетический фон.