Основы селекции

Закономерности генетики находят конкретное применение в селекции, науке. Она интегрирует теоретические подходы и практическое приемы и рекомендации, находящие применение в частной генетике и селекции отдельных видов живых организмов. Селекция изучает биологические основы, методы создания и совершенствования пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. С генетической точки зрения под сортом растений, породой животных и штаммом микроорганизмов понимают группу организмов с определенным генотипом.

Близкие генотипы характеризуются и сходной нормой реакции, которые определяют их специализацию и продуктивность. В результате селекции появляются такие сорта растений или породы животных, которых ранее не было в природе. Они отличаются высоким выходом сельскохозяйственной продукции, хотя существуют при крайне неблагоприятных условиях окружающей среды. Так, некоторые сорта ячменя дают высокие урожаи при поливе морской водой, тритикале, способны расти на почвах с высоким значением рН и повышенной концентрацией солей металлов.

Селекция базируется на наследственной изменчивости, источником которой являются мутационный процесс, гибридизация и полиплоидизация (об этом говорилось в разделе, посвященном изменчивости).

• В селекционной работе с высшими растениями и животными важную роль играют и спонтанные, и индуцированные мутации (смотри раздел об изменчивости). Способы их получения и выделения хорошо изучены. Как правило, поиск желательных мутаций облегчает закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Он позволяет делать обоснованные прогнозы о закономерностях изменчивости. Современные методы генетики позволяют получать целенаправленные изменения в генах или входящих в их состав последовательностях. Такие манипуляции можно осуществлять на индивидуальных генах, в пробирках, а затем вводить их в геном организмов. Это предмет генной (или генетической) инженерии и биотехнологии.
• Полиплоидизация еще один источник изменчивости в селекции. Об автополиплоидии и аллополиплоидии написано в разделе, посвященном изменчивости. Они могут быть как спонтанными, так и искусственными.
• Гибридизация обеспечивает аллополиплоидизацию и позволяет получать (синтезировать) новые виды растений и животных, а также воссоздавать возникшие ранее.

Формирование пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов происходит в результате действия процессов отбора. Его подразделяют на естественный и искусственный.

Естественный отбор, как правило, обеспечивает появление форм, устойчивых к неблагоприятным условиям среды. Обычно он ведет к увеличению общей приспособленности.

Цели и направление искусственного отбора человек. У получающихся сортов и пород, он далеко не всегда ведет к увеличению приспособленности особей. Новые формы обычно стремятся в как можно более короткие сроки и в условиях ограниченной численности популяции. Для того чтобы повысить его эффективность, его проводят не по большинству, а всего по нескольким признакам, имеющих первостепенное значение. В результате оказывается, что все новые сорта растений, породы животных и штаммы микроорганизмов появляются в результате комбинированного действия обоих видов отбора.

Чаще всего отбору подвергаются количественные признаки. Под количественными признаками понимают мерные признаки, такие, которые требуют измерения. К ним относятся такие признаки, как яйценоскость, жирномолочность, удойность, вес и другие. Как правило, каждый из них контролируется многими генами, а их наследование носит полигенный характер. Оценку изменчивости и эффективность действия отбора проводят при помощи статистических и других математических методов. Количественные признаки еще называют непрерывными в отличие от прерывистых, или дискретных, под которыми подразумевают признаки качественные, наследование которых рассмотрено ранее.

Искусственный отбор бывает массовым и индивидуальным.

• Массовый отбор не подразумевает работы с отдельными особями, т.е. генотипами и действует в отношении групп организмов. Как правило, его проводят, рассматривая исключительно фенотипическим особенности групп особей. Вследствие этих причин селекция с использованием массового отбора оказывается наиболее результативной в отношении признаков, определяемых единичными генами.
• При индивидуальном отборе сперва проводят оценку генотипа отдельных особей, а затем выбирают для дальнейшей работы те из них, которые оказываются наиболее оптимальными. Обычно, для этого необходимо получить потомство от отбираемого организма для изучения его показателей (оценка по потомству). У растений для этих целей используют анализ в семьях, применяя самоопыление, у животных практикуют близкородственные скрещивания (или инбридинг). В результате их применения популяция распадается на отдельные гомозиготные линии. Чем больше произведено близкородственных скрещиваний и выше степень родства скрещиваемых форм, тем более эффективными получаются эти линии и тем меньше в них изменчивость по селектируемым признакам. Скрещивания неродственных особей, которые относятся к разным линиям, приводит к противоположенным результатам. Подобные скрещивания называются аутбридингом. Они ведут к увеличению гетерозиготности потомства и, следовательно, уровня изменчивости. А это, в свою очередь, увеличивает эффективность и результативность отбора.

Когда происходит аутбридинг растений и животных разных линий, форм, рас, сортов возникает так называемый гетерозис, который проявляется в виде «гибридной мощности»,  когда, гибрид превосходит  обе родительские формы. Гетерозис находит широкое применение в селекции. Он может быть:

• Репродуктивным и приводить к лучшему развитию органов размножения и, следовательно, к увеличению урожайности семян и плодов;
• Соматическим, улучшающим развитие соматических тканей (например, вегетативных органов у растений и мышечной ткани у животных);
• Приспособительным, или адаптивным, проявляющимся в виде увеличения общей приспособленности и жизнеспособности организмов.

Противоположный гетерозису эффект носит название инбредной депрессии. Как правило, инбредная депрессия связана с увеличением гомозиготности по рецессивным аллелям многих генов, а гетерозис — с увеличением гетерозиготности. Эффект гетерозиса постепенно затухает в ряду поколений. Для того чтобы его продлить или закрепить, у растений используют вегетативное размножение, размножение при помощи апомиксиса или полиплоидизации. Во избежание инбредной депрессии и усиления гетерозиса, часто прибегают к так называемым промышленным скрещиваниям. Их широко применяют при возделывании кукурузы и в птицеводстве. Для этого подбирают такие сочетания сортов растений или пород животных, которые сами по себе не обладая высокой продуктивностью, дают гибриды F₁, отличающиеся гетерозисным проявлением интересующего признака. Все сортовые или породные линии-кандидаты предварительно проверяют на комбинационную способность, т.е. способность в определенных сочетаниях давать высокопродуктивные гибриды.

С целью получения новых форм в случае микроорганизмов параллельно с традиционными методами широко пользуются современными методами работы с рекомбинантными ДНК (молекулярно-генетический и генноинженерный подход) клонирование, или выделение индивидуальных генов. Они вовлекают выделение отдельных генов или их сочетаний, их изучение и введение их в геном организмов подходящих реципиентных линий методами биотехнологии. В результате селекции микроорганизмов появляются такие штаммы, которых в природе небыло. Например, они могут производить токсичные антибиотики, а также соединения, гены которых были специально введены в бактериальные клетки, например гормоны млекопитающих. Сейчас известны клоны бактерий, продуцирующие инсулин и соматостатин, а также многие биологически активные вещества, находящие самое разнообразное применение в деятельности человека.

В последнее время особое значение приобретает такая область генетики, как генная терапия (или генотерапия). Она связана с лечением наследственных заболеваний, вызванных мутациями в жизненно важных генах. В ней применяют два основных подхода: с применением лекарственных препаратов и продуктов генов, обеспечивающих коррекцию нарушенной функции, а также введение нормальных копий генов непосредственно в генотип пациента.

Перейти к оглавлению.