Благодаря цитоплазматической мужской стерильности гибриды широко распространились в производстве. Был получен огромный экономический эффект, так как значительно снизились затраты ручного труда на производство семян гибридов. ЦМС была открыта Родсом в 1931 г. и М. И. Хаджиновым в 1932 г. Первая попытка практического использования ее в селекции кукурузы принадлежит Ричи и Уоллесу, но она окончилась неудачей, так как источник стерильности, открытый Родсом, не проявил стабильности по этому признаку. И только после открытия Мангельсдорфом и Дженкинсом новых источников стерильности работа в этом направлении была возобновлена. Первые простые гибриды на стерильной основе в США были получены Джонсом и Мангельсдорфом в 1947—1948 гг.
Практическое использование ЦМС-системы у кукурузы предполагает следующие факторы.
1. Создание гибридов, соответствующих по урожайности и другим показателям.
2. Перевод на стерильную основу материнских форм гибрида (линия, простой гибрид, сорт) — создание стерильных аналогов.
3. Передача восстанавливающей способности линиям или другим формам, использующимся в качестве отцовских,— создание аналогов — восстановителей фертильности.
Согласно гипотезе Джонса, ЦМС контролируется плазменно-ядерной системой, включающей плазмогены (специфические элементы цитоплазмы, способные к саморепродукции и передающиеся через цитоплазму материнской половой клетки), и генами, локализованными в хромосомах.
В настоящее время описано несколько типов стерильности кукурузы, но в нашей стране используются два: техасский и молдавский. Последний идентичен типу стерильности, известному в США под индексом 5, или 118 В А.
Молдавский и техасский типы стерильности различаются между собой по специфической реакции на гены — восстановители фертильности. Например, установлено, что линия ВИР 44 является закрепителем стерильности для форм с молдавским типом стерильности и восстановителем фертильности для ЦМС техасского типа. У растений с техасским типом стерильности пыльники полностью стерильные, а растения молдавского типа стерильности могут иметь в пыльниках небольшой процент фертильных пыльцевых зерен, но пыльники не вскрываются. Чаще встречается молдавский тип стерильности.
Создание стерильных аналогов облегчается тем, что большинство созданных самоопыленных линий (94—96%) относится к закрепителям стерильности.
Сравнение продуктивности стерильных и фертильных аналогов простых, двойных и сортолинейных гибридов показало, что перевод гибридов на стерильную основу не сказывается на их продуктивности.
Селекционер должен знать, что сравнительная ценность техасского и молдавского типов ЦМС в гибридах одинакова. Поэтому он может выбирать наиболее удобный для него источник ЦМС при переводе создаваемых гибридов на стерильную основу.
В программе селекции кукурузы с использованием ЦМС создание аналогов —восстановителей фертильности занимает центральное место. Это объясняется тем, что среди самоопыленных линий, используемых селекционерами, линии, восстанавливающие фертильность, встречаются крайне редко (4—6%).
Аналоги — восстановители фертильности создаются, как правило, методом беккроссов или выделяются из различных популяций. При насыщающих скрещиваниях доминантные гены — восстановители фертильности (Rf) переносятся в генотип линий, которым стремятся придать восстановительную способность. Существует несколько схем создания аналогов — восстановителей фертильности. Наиболее распространены из них: создание таких аналогов на фертильной основе, на стерильной основе (метод Э. Экхарда и М. И. Хаджинова) и комбинированная схема, предложенная М. И. Хаджиновым и Э. И. Вахрушевой.
Ниже приводятся наиболее употребительные схемы создания аналогов—восстановителей фертильности (по М. И. Хаджинову).
I. Создание аналогов — восстановителей фертильности на фертильной, основе.
1. Скрещивание восстановителя фертильности В с линией А: В×А.
2. Первое насыщающее скрещивание: (В×А)×А.
3. Второе насыщающее скрещивание [(В×А) ×А] ×Л.
Одновременно со вторым беккроссом каждое растение, участвующее в работе, проверяют на восстановительную способность, опыляя его пыльцой стерильную форму. Для дальнейшего насыщения используют растения, обладающие восстановительной способностью. В дальнейшем насыщающие скрещивания с параллельной проверкой на восстановительную способность повторяют 4—5 раз, а затем выделенные формы дважды подвергают самоопылению. При самоопылении растения также проверяют на восстановительную способность путем скрещивания со стерильным анализатором. Необходимость проведения постоянно большого числа анализирующих скрещиваний очень затрудняет работу по этой схеме. Поэтому более удобна следующая схема.
II. Создание самоопыленных аналогов — восстановителей фертильности на стерильной основе.
1. Скрещивание стерильной формы (Тс) с восстановителем (В): Тс×В.
2. Скрещивание фертильного гибрида (Тс×В) с линией А, по которой стремятся создать аналог — восстановитель фертильности.
3. Второе скрещивание фертильных растений гибрида с линией А: [(Тс×В)×А] ×А.
4. Третье скрещивание фертильных растений с линией А: <[(Тс×В)×А]×А>×А.
5. Четвертое скрещивание фертильных растений с линией А: /<[(Тс×В)×А]×А>×А/×А.
6. Самоопыление фертильных растений (Тс×В)×А4.
7. Повторное самоопыление фертильных растений (Тс×В)×А4.
8. Отбор потомств, не выщепляющих стерильные растения.
При проведении работ по этой схеме полностью исключается необходимость анализирующих скрещиваний со стерильным анализатором, так как для работы отбирают только фертильные формы со стерильной цитоплазмой, т. е. формы, несущие гены — восстановители фертильности.
Если для линии, которой хотят придать свойство восстановления, уже создан стерильный аналог (Атс), схема работы несколько упрощается.
Самоопыление нужно проводить до прекращения выщепления стерильных растений. Недостатком этой схемы является пониженная продуктивность пыльцеобразования создаваемых аналогов — восстановителей фертильности на стерильной основе. Особенно резко это проявляется в неблагоприятных условиях выращивания. Для исправления данного недостатка и была предложена комбинированная схема.
III. Комбинированная схема создания аналогов— восстановителей фертильности. После шести насыщающих скрещиваний на стерильной цитоплазме порядок скрещиваний изменяют. В качестве материнской формы используют обычный фертильный аналог самоопыленной линии, по которой создают аналог — восстановитель фертильности, а в качестве отцовской — насыщенную гетерозиготную по восстановительной способности линию на стерильной цитоплазме. Полученные растения дважды подвергают самоопылению с одновременной проверкой генотипа на стерильном тестере. Такой порядок работы позволяет выделить гомозиготную линию — восстановитель на фертильной основе.
Перспективно в селекции кукурузы создание универсальных аналогов — восстановителей фертильности. Впервые на их существование указал в 1965 г. Джонс, выделивший по этому признаку линии NC77, Ку21 и Тх-127С.
Возможность создания универсальных восстановителей фертильности основывается на следующих положениях.
1. Восстановление фертильности в цитоплазме техасского типа обусловливается действием двух комплементарных генов — Rf1 и Rf2 в доминантном состоянии, а в цитоплазме молдавского типа доминантным геном Rf3.
2. Большинство форм кукурузы несет ген Rf2, и разница между фертильной и стерильной формой при техасском типе стерильности заключается в том, имеется или отсутствует ген Rf1.
3. Гены Rf1 и Rf3 находятся в разных хромосомах и легко могут быть совмещены в одной особи.
При переводе семеноводства гибридов на стерильную основу по схеме полного восстановления селекционеру иногда приходится менять порядок сочетания линий в гибриде, когда по отдельным линиям, входящим в состав гибрида, невозможно создать стерильный аналог или аналог-восстановитель.
Подобные преобразования пришлось проделать и с гибридом Краснодарский 309 [(W 155× W 23) × (ВИР 38× Сr 25)], так как линия W 155 — частичный восстановитель фертильности и невозможно создать ее стерильный аналог. В связи с этим линию W 155 целесообразно было использовать в качестве отцовской формы. Новая формула гибрида Краснодарский 309Т: [(W 23Т × ВИР 38)×(W 155 × Сr 25)]. Испытания показали, что такая перестановка не сказалась на продуктивности гибрида. Таким образом, наблюдения показывают возможность изменения в некоторых случаях формул простых и двойных межлинейных гибридов без ущерба для их урожайности.
1. Как называются центры, указанные на рисунке?
2. Укажите центры происхождения капусты, риса, картофеля, кукурузы, сахарного тростника, кофе, табака, какао.
3. Какое значение для селекции имеют знания о центрах происхождения культурных растений.
Получение эффекта гетерозиса
Перекрестное опыление самоопылителей
Использование соматических мутаций
1. Как получить различные линии кукурузы?
2. Как получить максимальный эффект гетерозиса?
3. Почему эффект гетерозиса затухает начиная со второго поколения?
4. Какие основные гипотезы объясняют эффект гетерозиса?
1. Какие организмы называют полиплоидными?
2. Что характерно для полиплоидных растений?
3. Как получить полиплоидные растения?
4. Приведите примеры полиплоидных растений.
1. Кем и когда был получен капустно-редечный гибрид?
2. Сколько хромосом в диплоидном наборе редьки? Капусты?
3. Почему он был бесплоден?
4. Как была восстановлена плодовитость у капустно-редечного гибрида?
Запишите номера тестов, против каждого – правильные варианты ответа
Тест 1. При селекции пшеницы эффективен отбор:
3. Отбор при селекции пшеницы не применятся.
Тест 2. При селекции ржи эффективен отбор:
3. Отбор при селекции ржи не применятся.
Тест 3. Самоопыление перекрестноопыляющихся растений:
4. Отдаленная гибридизация.
Тест 4. «Чистая линия»:
1. Потомство от самоопыляющегося растения.
2. Потомство от перекрестноопыляющегося растения.
3. Потомство, полученное от самоопыления перекрестноопыляемого растения.
4. Сорт культурных растений.
Тест 5. Гетерозис:
1. Кратное геному увеличение хромосомного набора.
2. Отдаленная гибридизация.
3. Депрессия, которая происходит при самоопылении перекрестноопыляемых растений.
4. Повышенная урожайность и жизнестойкость гибридов между разными чистыми линиями.
Тест 6. Перекрестное опыление сортов самоопыляемых растений применяют:
1. Для создания нового вида растений.
2. Для получения чистых линий.
3. Для получения отдаленных гибридов.
4. Для сочетания свойств различных сортов.
Тест 7. Самоопыление перекрестноопыляемых растений проводят:
1. Для получения гомозиготных линий.
2. Для получения эффекта гетерозиса.
3. Для получения отдаленных гибридов.
4. Для сочетания свойств различных сортов.
Тест 8. Преодолеть бесплодие отдаленных гибридов можно:
1. На сегодняшний день преодолеть бесплодие отдаленных гибридов нельзя.
2. С помощью полиплоидии.
3. С помощью самоопыления.
4. С помощью индивидуального отбора.
**Тест 9. К самоопылителям относятся:
Тест 10. Создал плодовитый капустно-редечный гибрид:
Запишите номера вопросов и дайте ответ одним предложением:
Что такое селекция? Что такое порода, сорт, штамм? Какие виды изменчивости используются человеком при селекции животных? Какие виды искусственного отбора использовал человек при селекции самоопыляемых и перекрестноопыляемых растений? Запишите названия основных центров происхождения культурных растений, открытых . Приведите два примера самоопыляющихся и два примера перекрестноопыляющихся растений. Что такое «чистая линия»? Что такое инбридинг? Аутбридинг? Что такое гетерозис?
10. Почему бесплодны отдаленные гибриды?
Как преодолеть бесплодие отдаленных гибридов? Какое явление получило название полиплоидии? Какой межродовой гибрид был получен ? Какие основные методы селекции использовал ?
Дайте определение терминам или раскройте понятия (одним предложением, подчеркнув важнейшие особенности):
1. Селекция. 2. Сорт растений, порода животных. 3. Виды искусственного отбора, применяемые при селекции растений. 4. Инбридинг. 5. Чистая линия. 6. Эффект гетерозиса. 7. Причины гетерозиса. 8. Полиплоидные растения. 9. Отдаленная гибридизация. 10. Преодоление бесплодия у отдаленных гибридов.
1. Отбор по экстерьеру
2. Внутрипородное разведение
3. Межпородное разведение
4. Близкородственное скрещивание
5. Отдаленная гибридизация
6. Использование эффекта гетерозиса
7. Испытание по потомству
8. Искусственное осеменение
9. Получение большого количества эмбрионов
Запишите номера тестов, против каждого – правильные варианты ответа
Тест 1. Позволяет сохранить и улучшить свойства породы:
1. Внутрипородное скрещивание и методический отбор.
2. Межпородное скрещивание и методический отбор.
4. Гетерозис при межпородном скрещивании.
Тест 2. Позволяет создать новую породу животных:
1. Внутрипородное скрещивание и методический отбор.
2. Межпородное скрещивание и методический отбор.
4. Межпородное скрещивании с целью получения эффекта гетерозиса.
Тест 3. Инбридинг в селекции животных используют:
1. Для сохранения свойств породы.
2. Для создания новой породы.
3. Для получения большого количества потомков с качествами выдающихся животных.
4. Для получения эффекта гетерозиса.
Тест 4. Получить эффект гетерозиса позволяет:
1. Близкородственное скрещивание.
2. Испытание по потомству для самцов.
3. Отбор лучших производителей внутри породы.
4. Межпородное скрещивание.
Тест 5. Испытание по потомству проводят:
1. Для подбора самцов.
2. Чтобы оценить продуктивность потомства.
3. Чтобы оценить продуктивность породы.
4. Чтобы оценить продуктивность самки.
Тест 6. Для отдаленной гибридизации животных характерно:
1. Потомство всегда бесплодно.
2. Часто в потомстве проявляется эффект гетерозиса.
3. Потомство плодовито и проявляет эффект гетерозиса.
4. Наблюдается депрессия, ухудшение свойств породы.
Тест 7. Бройлерные куры:
1. Особая мясная порода кур.
2. Яйценоская порода кур.
3. Гетерозисный гибрид.
4. Инбредная линия кур.
**Тест 8. При селекции животных используются:
1. Наследственная изменчивость.
2. Ненаследственная изменчивость.
3. Бессознательная форма искусственного отбора.
4. Методическая форма искусственного отбора.
**Тест 9. При создании новой породы используется:
1. Мутационная изменчивость.
2. Модификационная изменчивость.
3. Комбинативная изменчивость.
4. Соматическая изменчивость.
Тест 10. Полиплоидные животные созданы:
1. Полиплоидных животных нет.
1. Что обозначено на рисунке цифрами 1 — 6?
2. Какое значение может иметь данный метод клеточной инженерии?
1. Культура тканей
2. Гибридизация протопластов различных видов растений
3. Создание гибридом
4. Метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки
Получение полиплоидных растений
Введение в генотип пар гомологичных хромосом
Замещение в генотипе пар гомологичных хромосом
1. Что обозначено на рисунке цифрами 1 – 5?
2. В чем сущность рестрикции?
3. Что такое лигирование?
4. В чем сущность трансформации?
5. Для чего проводят скрининг?
6. Почему иногда проще синтезировать ген на иРНК?
Запишите номера вопросов и дайте ответ одним предложением:
Для чего проводят межпородное скрещивание? Приведите примеры использования эффекта гетерозиса в животноводстве. Как оценить качества производителя-самца, которые у него не проявляются (яйценоскость у петухов, жирномолочность у быков)? Приведите примеры отдаленной гибридизации у животных. Что такое бройлерные куры? Каковы традиционные методы селекции микроорганизмов? Приведите примеры практических результатов генной инженерии. Перечислите основные методы хромосомной инженерии. Перечислите основные методы клеточной инженерии. Что такое гибридомы?
Дайте определение терминам или раскройте понятия (одним предложением, подчеркнув важнейшие особенности):
1. Внутрипородное разведение. 2. Межпородное скрещивание. 3. Гетерозисные гибриды. 4. Испытание по потомству. 5. Рестриктазы. 6. Лигазы. 7. Вектор. 8. Клеточные культуры. 9. Тотипотентность. 10. Клонирование.
1. 1 — Южноазиатский тропический центр (Индонезийско-Индокитайский); 2 — Восточноазиатский (Китайско-Японский) центр; 3 — Юго-Западноазиатский центр; 4 — Абиссинский центр (Африканский); 5 — Средиземноморский центр; 6 — Центральноамериканский центр; 7 — Южноамериканский центр. 2. Капусты — Средиземноморский; риса – Южноазиатский; сахарного тростника — Южноазиатский (Индонезийско-Индокитайский); картофеля — Южноамериканский; кукурузы, какао и табака — Центральноамериканский; кофе — Абиссинский (Африканский) центр. 3. Помогают найти дикие формы и наибольшее многообразие видов и сортов, необходимых для селекции.
Получение эффекта гетерозиса
Перекрестное опыление самоопылителей
Использование соматических мутаций
Отбор большой группы растений. Применяется для перекрестноопылителей.
Выделение отдельных растений, обладающих ценными признаками. Применяется для самоопылителей.
Получение самоопыляющихся линий, гибриды от которых проявляют максимальную жизненную силу.
Приводит к созданию сортов, сочетающих признаки родительских сортов.
Кратное геному увеличение хромосомного набора. Полиплоиды обладают более высокой урожайностью.
Скрещивание растений, относящихся к разным видам или даже родам. Гибриды обычно бесплодны. Полиплоидизация восстанавливает плодовитость.
Соматические мутации можно сохранить путем вегетативного размножения.
С помощью химических мутагенов и излучений увеличивают частоту мутаций генов в тысячи раз.
Основан на использовании клеточных культур, гибридизации протопластов.
Используются методы введения или замещения пар гомологичных хромосом. Перспективно получение полиплоидов и метод гаплоидов.
Разработаны методики синтеза генов искусственным путем на иРНК; выделении и введении нужных генов в растения.
1. Путем самоопыления. 2. Подобрать самоопыляющиеся линии, дающие максимальный эффект гетерозиса, поддерживать их и получать гибридные семена. 3. Рецессивные гены переходят в гомозиготное состояние и эффект гетерозиса затухает. 4. Гипотеза доминирования предполагает, что эффект гетерозиса зависит от количества доминантных генов. Гипотеза сверхдоминирования объясняет гетерозис эффектом сверхдоминирования, когда гетерозиготное состояние по одному или нескольким генам дает гибриду превосходство над родительскими формами.
1. Растения, у которых произошло кратное геному увеличение хромосом в генотипе. 2. Обычно имеют большую массу и продуктивность. 3. Чаще используют колхицин, разрушающий веретено деления. 4. Рожь, гречиха, сахарная свекла, картофель, земляника.
1. , 1924 год. 2. И у редьки и у капусты 2n = Гибрид не образовывал семян вследствие нарушения мейоза — 9 редечных хромосом и 9 капустных не конъюгировали друг с другом. 4. С помощью колхицина был удвоен набор хромосом и плодовитость была восстановлена.
Тест 1: 1. Тест 2: 2. Тест 3: 3. Тест 4: 1. Тест 5: 4. Тест 6: 4. Тест 7: 1. Тест 8: 2. **Тест 9: 1, 3. Тест 10: 4.
1. Наука о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов. 2. Сорт растений, порода животных, штамм микроорганизмов — популяция, созданная человеком, характеризующаяся определенными наследственными особенностями: продуктивностью, морфологическими и физиологическими особенностями. 3. Наследственная изменчивость – мутационная и комбинативная. 4. Массовый отбор для перекрестноопылителей и индивидуальный для самоопылителей. 5. Южноазиатский тропический центр (Индонезийско-Индокитайский), Восточноазиатский (Китайско-Японский), Юго-Западноазиатский центр, Абиссинский центр (Африканский), Средиземноморский центр, Центральноамериканский центр, Южноамериканский центр. 6. Самоопыляющиеся – пшеница, горох, перекрестноопыляющиеся – подсолнечник, кукуруза, рожь. 7. Потомство от самоопыляющейся особи. 8. Инбридинг – самоопыление перекрестноопылителей, аутбридинг – скрещивание неродственных организмов одного вида. 9. Проявление «жизненной силы» у гибридов, полученных при скрещивании гомозиготных линий. 10. При мейозе невозможна конъюгация между хромосомами разных видов, гаметы не образуются, гибриды бесплодны. 11. С помощью полиплоидизации. 12. Увеличение хромосомного набора, кратное гаплоидному. 13. Капустно-редечный. 14. Гибридизация географически удаленных форм, метод ментора, метод опыления смесью пыльцы, метод посредника, управление доминированием.
1. Наука о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов. 2. Сорт растений, порода животных — популяция, созданная человеком, характеризующаяся определенными наследственными особенностями: продуктивностью, морфологическими и физиологическими особенностями. 3. Массовый и индивидуальный. 4. Самоопыление перекрестноопылителей. 5. Потомство от самоопыляющейся особи. 6. Проявление «жизненной силы» у гибридов, полученных при скрещивании гомозиготных линий. 7. Гетерозиготность большего числа генов у гибридов. 8. Растения, чей генотип увеличен кратно геному. 9. Скрещивание растений, относящихся к разным видам. 10. С помощью полиплоидизации.
1. Отбор по экстерьеру
2. Внутрипородное разведение
3. Межпородное разведение
4. Близкородственное скрещивание
5. Отдаленная гибридизация
6. Использование эффекта гетерозиса
7. Испытание по потомству
8. Искусственное осеменение
9. Получение большого количества эмбрионов
Отбор животных по совокупности внешних признаков, характерных для породы.
Сохранение и улучшение породы путем выбраковки особей, отклоняющихся от качеств данной породы и получения большего потомства от лучших производителей.
Создание новой породы с целью сохранения определенных свойств обеих пород.
Проводится между братьями и сестрами, родителями и потомством с целью получения возможно большего потомства с выдающимися качествами. Сопровождается строгим отбором.
Межвидовое скрещивание. Потомство обычно бесплодно, но имеет практическую ценность.
Широко используется в птицеводстве (бройлерные куры), в животноводстве. Наблюдается при отдаленной гибридизации и скрещивании некоторых пород животных.
Для выбора самца-производителя важно определить качества, не проявляющиеся у самцов — жирномолочность и молочность у быков, яйценоскость у петухов.
С помощью этого метода можно получить большое потомство от выдающегося самца-производителя.
Забирая эмбрионы на ранних стадиях эмбриогенеза, и имплантируя их в других самок, можно получить в несколько раз большее потомство от выдающихся самок.
Тест 1: 1. Тест 2: 2. Тест 3: 3. Тест 4: 4. Тест 5: 1. Тест 6: 2. Тест 7: 3. **Тест 8: 1, 3, 4. **Тест 9: 1, 3. Тест 10: 2.
1. 1 — отделение кусочка корнеплода; 2 — выращивание клеточной культуры; 3 — разделение клеточной культуры на клетки; 4, 5 — получение сформированного растения из отдельной клетки; 6 — высадка в грунт. 2. Используется для размножения редких и ценных для человека растений; культуры тканей (например, женьшеня) продуцируют лекарственные вещества, как и целое растение, или создавать безвирусные растения, т. к. в меристемы вирусы еще не проникли.
Гибридизация протопластов различных видов растений
Метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки
Выращивание из отдельных клеток культуры тканей (например, женьшеня), которая продуцирует лекарственные вещества, как и целое растение. Изменяя условия выращивания, можно получить полноценные растения с целью их размножения.
Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты соматических клеток растений, относящихся к разным видам, например, картофеля и томата. Путь к созданию новых видов растений.
Основан на гибридизации лимфоцитов, продуцирующих антитела с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты и бессмертны, как раковые клетки.
Путь для клонирования животных. Уже получены клонированные лягушки, различные млекопитающие.
Получение полиплоидных растений
Введение в генотип или замещение пар гомологичных хромосом
С помощью колхицина разрушается веретено деления, в результате хромосомы не расходятся, в клетке удваивается набор хромосом. Часто полиплоидные организмы более продуктивны
Введение в генотип или удаление из генотипа гомологичных хромосом с генами, контролирующими развитие определенных свойств. Так в организмах собираются нужные признаки.
1. Для получения эффекта гетерозиса или создания новой породы. 2. Бройлерные куры, скрещивание беркширкской и дюрокджерсейской мясных пород свиней. 3. По этим качествам у дочерей. 4. Хонорик, мул, лошак, бестер. 5. Гетерозисный гибрид. 6. Отбор, мутагенез. 7. Получение инсулина, интерферона, соматотропного гормона. 8. Полиплоидия, получение дополненных, замещенных линий, метод гаплоидов. 9. Получение клеточных культур, гибридизация протопластов, создание гибридом, клонирование, создание химерных животных путем слияния эмбрионов на ранних стадиях эмбриогенеза. 10 Клеточные гибриды, полученные путем слияния раковых клеток с лимфоцитами, продуцирующими определенные антитела.
Выведение лучших инбредных линий не было очень эффективным приемом.
Получаемые в производстве гибриды кукурузы во всем мире связаны с относительно небольшим числом инбредных линий. Эти немногие элитные инбредные линии дали буквально миллионы гибридных комбинаций. Вывести инбредные линии, определенно превышающие по всем признакам лучшие из ныне существующих, становится все труднее, так как пренебрегались методы улучшения селекционируемых популяций.
Линдстром высказал недовольство плохими фенотипическими признаками инбредных линий, полученных путем непрерывного самоопыления с отбором среди потомства самоопыленных початков. Он подсчитал, что в предыдущие пять лет было выделено по меньшей мере 100 000 инбредных линий. Каждая из этих инбредных линий, помимо низкой урожайности, была серьезно дефектной по одному или нескольким признакам. Генетически он предполагал, что по крайней мере четыре фактора ответственны за неудачи в получении крайне мощных инбредных линий: очень большое число генов; непредвиденное влияние внешней среды в программах отбора; сложное и запутанное взаимодействие генов; отсутствие метода выделения подобных линий.
Большинство ныне используемых инбредных линий было выведено путем отбора внутри и между самоопыляемыми линиями. С этой целью использовались стандартный и гнездовой методы. Для получения гомозиготных диплоидов можно использовать удвоение числа хромосом моноплоидов (гаплоидов).
Стандартный метод. Стандартный метод выведения инбредных линий обычно заключается в отборе растений в период инбридинга на основании внешнего вида рядка растений, выращенных из одного и того же початка. Этот метод оказался эффективным в получении инбредных линий. Действительно, большинство современных гибридов получено от скрещивания инбредных линий, выведенных при помощи стандартного метода.
Приводимый ниже пример типичен для этого метода.
Первый год. Самоопыление нескольких сот или более отобранных растений желательных свободноопыляющихся сортов, синтетиков или гибридов. Растения и початки, неудовлетворительные по внешнему виду, выбраковывают.
Второй год. От каждого самоопыленного початка выращивают в рядке 10—30 растений. В каждом рядке самоопыляются 3—5 желательных растений. Между потомствами разных початков и в пределах потомства одного початка проводят отбор. Собирают початки с 1—3 лучших растений каждого отобранного рядка.
Третий год. От одного до трех початков каждой отобранной семьи высевают отдельными рядками (початкорядно). Лучшие растения самоопыляются. В каждой семье на основании внешнего вида растения отбирают лучший рядок. Остальные рядки выбраковывают. Сохраняют по 1—3 лучших початка от желательных растений отобранного рядка. Этот прием повторяют до тех пор, пока каждая инбредная линия не станет относительно гомозиготной (5—7 лет).
Оценка инбредных линий в анализирующих скрещиваниях может быть начата в первых поколениях инбридинга или отложена до тех пор, пока семьи не станут относительно гомозиготными. Потомства 10—30 растений дают возможность проводить отбор в пределах субсемей и между ними. Однако удается оценить лишь ограниченное количество материала, и процент выхода желаемых линий низкий.
Гнездовой метод. Гнездовой метод сходен со стандартным, за исключением того, что из каждого початка выращивают 3—4 растения в одном гнезде. Этот метод был предложен Джонсом и Синглтоном. Синглтон и Нельсон несколько усовершенствовали эту методику. Этот метод был использован на Иллинойсской опытной станции для выведения многих инбредных линий. Однако этот метод использовался лишь немногими селекционерами кукурузы, а наиболее прямые и четкие доказательства его возможной ценности были получены Югенхеймером.
Югенхеймер провел прямые сравнения гнездового и стандартного методов выведения инбредных линий кукурузы. Гнездовым способом были высеяны 300 отобранных початков. Для моделирования стандартного метода 60 случайно выбранных из них початков выращивали делянками по 5 гнезд. Таким образом, при каждом методе выведения инбредных линий использовалось одинаковое число растений. По два растения из каждого гнезда подвергали самоопылению, а также скрещивали с соседним контрольным простым гибридом для получения данных о специфической комбинационной способности. Для этой цели можно было использовать подходящую инбредную линию.
Трехлинейные гибриды с участием выведенных при помощи стандартного метода инбредных линий дали от 425 до 875 г зерна на гнездо, что составило 10 классов вариационного ряда. Селекционеры кукурузы в основном заинтересованы лишь в лучших линиях. Два процента линий дали урожай не менее 825 г на гнездо. Урожайность материала, полученного гнездовым методом, составила от 375 до 925 г на гнездо, что составило 12 классов вариационного ряда. При этом гнездовой метод дал 6% элитных линий, что в 3 раза превышает результаты стандартного метода. Все полученные гнездовым методом элитные линии были неродственными, и их можно было использовать в промышленных гибридах, тогда как многие из полученных стандартным методом элитных инбредных линий оказались родственными субсемьями и не могли использоваться в одних и тех же гибридах.
Модальным классом является урожай 625 г, но для субсемей объем этого класса вдвое меньше. Некоторым селекционерам приходится испытывать столь большое число семей, что они объединяют субсемьи и проводят одно испытание для всей семьи. Испытание смеси всех субсемей обычно не дает возможности выявить лучшие инбредные линии. Результаты попарного объединения субсемей из гнездового материала показаны в правом верхнем углу схемы. Гнездовой метод приводит к выявлению 4% лучших линий, не обнаруживаемых при стандартном методе. Аналогичные результаты были получены в 1948 и 1949 гг.
Проверка сублиний поколения S1 в гибридных комбинациях на ранних стадиях выведения инбредных линий была проведена Югенхеймером в 1946 и 1947 гг. Для каждой из семи семей 5 сублиний и их смесь были скрещены с WF9 X Hy. Каждой семье был присвоен номер.
Урожайность тестера (контрольного гибрида) составляла 19 фунтов зерна на делянку. Средняя урожайность для семей колебалась от 16 до 18 фунтов на делянку. Ни один из этих гибридов не превысил по урожайности тестер. Однако испытание субсемей привело к выявлению щести неродственных инбредных линий, которые по урожаю были равны или превышали тестер. Урожайность сублиний семьи 8 варьировала от 14 до 20 фунтов на Делянку. Все сублинии семьи 7 были низкоурожайными, тогда как все сублинии семьи 4 давали хороший урожай.
Процент неполегающих растений ко времени сбора урожая трехлинейных гибридов для разных сублиний варьировал от 10 до 90. Процент таких растений в семьях 2 и 4 достигал 70, тогда как во всех сублйнйях семьи 8 он был равен в среднем лишь 48%. Процент неполегающих растений в сублиниях семьи 7 колебался от 30 до 90.
Результаты анализирующих скрещиваний показывают, что гнездовой Метод выведения инбредных линий был более эффективным для переопыления, чем обычно использовавшийся селекционерами стандартный метод. Некоторые исследователи проводят испытание новой инбредной линии на смеси початков семьи. Подобные испытания обычно приводят к неудачам по выявлению лучшей сублинии в расщепляющейся популяции. Эффективность стандартного метода была значительно повышена путем оценки отдельных растений субсемей в анализирующих скрещиваниях на первых этапах инбридинга. Многие из лучших инбредных линий были бы выбракованы, если бы смешивали початки разных сублиний и проводили лишь одно испытание на семью. Испытания могут быть задержаны или начаты на ранних стадиях инбридинга. На Иллинойсской опытной станции было доказано, что гнездовой метод является приемлемым методом для кукурузы, зерновых культур и сои.
Гнездовой метод выведения инбредных линий может быть эффективно использован при периодическом, реципрокном периодическом, гаметическом и других типах отбора. Этот метод ограничивает отбор преимущественно различиями между семьями. Экспериментально показано, что различия между семьями значительно больше, чем внутри семей. Этот метод дает возможность с малой затратой труда проверять большое число семей, так как позволяет выращивать в 10 раз больше семей, чем стандартный метод. Очевидно, что при желании можно вырастить большее число растений каждой линии. Этот метод является очень эффективным при сочетании с соответствующей программой испытания.
Удвоение хромосом у гаплоидов. Выделение гаплоидных растений кукурузы генетическими методами было предложено Рандольфом. Усовершенствования и оценки этих методов были предложены Чейзом, Александером, Форд, Ко и др., Петерсоном и Вернсманом, Горслайном и др., Нанда и др. и Кермайклом (1969 г.)
Моноплоид (также именуемый гаплоидом) является индивидуумом, содержащим половину нормального набора хромосом. Это спорофит, содержащий один геном на клетку.
Некоторые селекционеры кукурузы заинтересовались получением инбредных линий путем удвоения числа хромосом гаплоидного растения. Чейз описал соответствующую методику. Исходным материалом может быть гибрид, синтетик или свободноопыляющийся сорт.
Растения опыляют пыльцой генетически маркированной линии, характеризующейся пурпурной окраской алейрона и растения. Нормальные семена потомства такого скрещивания образуют пурпурный алейрон, а диплоидные растения потомства имеют пурпурную окраску различных частей растения. Алейроновый маркер используется для выявления засорения чужой пыльцой. Желтые зерна, выбраковывают как возможный результат самоопыления или перекрестного опыления. Растения, развивающиеся из пурпурных семян, но не имеющие пурпурной окраски, — предполагаемые гаплоиды. Дальнейшее выявление истинных гаплоидов в этой относительно небольшой группе проводят путем подсчета хромосом и по внешнему виду зрелых растений.
Гаплоидные растения обычно слабые, мелкие и высокостерильные. Их частота сильно варьирует от 1:1500 до примерно 1:27. Пурпурная окраска маркированных проростков обнаруживается также в их корешках. Следовательно, генетическую классификацию по окраске растения можно проводить на лотках для проращивания в первые 5—10 дней. Непурпурные проростки из пурпурных семян переносят на поле или в теплицу и выращивают до зрелости. Все образующие пыльцу растения самоопыляются.
Успешность размножения самоопыленных растений может быть повышена обработкой гаплоидов колхицином. Этот прием включает инъекцию слабого раствора колхицина в скутеллярные узлы предполагаемых гаплоидов, как только последние распознаются. Обработка колхицином обычно приводит к получению самоопыленного потомства приблизительно у одного гаплоида из пяти.
Для повышения успешности воспроизведения гаплоидов могут использоваться генетические методы. Чейз установил, что производные гаплоидных линий являются особенно ценным источником субфертильных гаплоидов.
Гаплоиды являются ценными формами для физиологических исследований и цитогенетического изучения. Поскольку удвоение числа хромосом у гаплоидов приводит к образованию полностью гомозиготной популяции, любая изменчивость между растениями должна быть обусловлена мутациями или влиянием условий окружающей среды. Эти популяции были бы ценным материалом для радиационных исследований.
Чейз указал, что гаплоиды могут использоваться для цитологического исследования мейотического распределения неконъюгирующих хромосом, негомологичных синаптических отношений хромосом и механизмов удвоения хромосом; в генетике они могут использоваться для прямого наблюдения мутационных эффектов, определения скорости мутации, изучения влияния цитоплазмы и для биохимических исследований; в области сельского хозяйства их можно использовать для получения гомозиготных диплоидных линий непосредственно из гаплоидов.
Целесообразность использования этой системы в селекционной программе зависит от относительной стоимости или эффективности удвоения хромосом гаплоидов по сравнению с обычным самоопылением, фенотипических и генотипических признаков инбредных линий по сравнению с линиями, выведенными обычным способом.
Частота возникновения и фертильность гаплоидов для некоторых линий очень низки. По-видимому, самоопыляющиеся сорта создают больше затруднений, чем гибридный материал. Метод гаплоидов является, по существу, отбором гамет в самом строгом смысле слова. Успешное удвоение хромосом приводит к фиксации отдельной гаметы, которая может воспроизводиться в будущем. Этот метод похож на позднее испытание, в котором выводимая линия не проверяется на комбинационную способность с другими инбредными линиями до тех пор, пока она не станет гомозиготной.
Форд изучала частоту встречаемости аномальных особей в потомстве гаплоидов в результате абортирования пыльцы и мейотических аномалий. Она установила, что аутодиплоидные линии и другие производные гаплоидов не являются в большей степени мейотическими аберрантами, чем линии, полученные в результате инбридинга. Относительный эффект естественного отбора гаплоидного спорофита не сравнивали с отбором, проводимым селекционером в расщепляющихся популяциях самоопыленного материала. Однако гаплоиды должны нести хорошо сбалансированные генетические системы, так как прохождение спорофитной стадии в гаплоидном состоянии связано с жесткой отбраковкой летальных и сублетальных генов.
Александер указал, что линии, полученные путем удвоения хромосом у гаплоидов, гомозиготны по всем локусам. Этот процесс значительно сокращает время, необходимое для получения инбредных линий; отбор на высоко желаемые генетические комбинации может проводиться более эффективно на гаметической основе, чем на зиготической. Особи, несущие вредные гены, элиминируются, так как гаплоидный спорофит подвергается интенсивному естественному отбору. Однако метод выделения гаплоидов сложен и утомителен, жизнеспособную пыльцу образует не более 20—30% обработанных гаплоидных растений, немедленная фиксация генотипа уменьшает возможности отбора, а отбор на основе гамет может не иметь столь большого значения для получения инбредных линий с лучшими свойствами, как отбор на основе зигот. Этот метод заслуживает внимания, так как позволяет выводить гомозиготные инбредные линии для специальных целей.
Метод множественной транслокации или метод энотеры. Метод множественной транслокации или метод энотеры для выведения инбредных линий был предложен Бернхэмом. Предложенный метод использует транслокации таким образом, что F1 от скрещиваний с нормальными линиями в мейозе образует хромосомные кольца, содержащие полный диплоидный набор хромосом. Такое растение дает два типа функционирующих спор, соответствующие двум родительским гаметическим комбинациям хромосом. Остальные комбинации у кукурузы абортируются. Если летальные гены отсутствуют, потомство от самоопыления таких растений состоит из гетерозигот с хромосомными кольцами, распознаваемыми по значительному абортированию пыльцы, и двух типов нормальных растений, гомозиготных по одной из двух родительских гаметических комбинаций. Эти два типа нормальных растений будут обладать нормальной пыльцой и нормальным числом пар хромосом и могут быть, распознаны по скрещиванию со стандартными нормальными линиями. Нормальная не несущая транслокаций форма образует гомозиготную инбредную линию.
Вероятность выделения лучших инбредных линий при этом равна частоте, с которой в гетерозиготной популяции образуются высококачественные гаметы.
Бернхэм предположил, что эта методика могла бы быть улучшена несколькими способами. Можно избежать некоторых из проверочных скрещиваний, если в линию с множественными транслокациями включены генетические маркеры. Эти маркеры помогли бы распознать и исключить большинство гомозиготных по транслокациям растений F2. Гомозиготные и гетерозиготные по транслокациям растения можно было бы распознать при введении доминантных маркеров. В этом случае требовалось бы проверять лишь нормальные аллели на стерильность пыльцы. Остальные нормальные растения подвергались бы проверочным скрещиваниям.
Этот метод выведения инбредных линий был предложен на основании теории и не проверялся. Ричи задал вопрос, не может ли немедленно достигнутая гомозиготность оказаться невыгодной в связи с фиксацией вредных рецессивов, прежде чем они могут элиминироваться отбором. Маколей обнаружил, что самоопыление может очень быстро приводить к гомозиготности, что не дает возможности получить лучшие результаты.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.