Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 11 клас. Остапченко - Нова програма

§ 53. ОСНОВНІ МЕТОДИ СЕЛЕКЦІЇ ОРГАНІЗМІВ: ШТУЧНИЙ ДОБІР І ГІБРИДИЗАЦІЯ

Пригадайте типи добору. Що таке гібридологічний аналіз, взаємодії між алельними генами? Які є типи взаємодій неалельних генів?

Починаючи з перших спроб одомашнювання тварин та введення в культуру рослин (приблизно 15 000 - 10 000 років тому) людина постійно намагалася поліпшити їхні властивості. Вона несвідомо робила вибір на користь особин, які приваблювали своїми певними якостями, наприклад продуктивніших, поступово поліпшуючи їх. Таку форму добору називають несвідомою. Ця примітивна формою селекції була найтривалішою і сприяла появі перших порід тварин і сортів рослин, які значно відрізнялися від вихідних предкових форм (мал. 53.1).

У подальшому людина почала цілеспрямовано добирати особин, які задовольняли її потреби, тобто здійснювала методичний добір, намагаючись свідомо вивести нові форми організмів. Методичний добір є усвідомленою селекцією.

Мал. 53.1. Початки дикорослої центральноамериканської кукурудзи (1) та сучасного гібридного сорту (2)

Ви вже знаєте, що основними методами селекції є штучний добір і гібридизація. Пригадаємо: штучний добір полягає у відборі людиною особин, що мають потрібні для неї властивості, і в подальшому їхньому розмноженні. Теорію штучного добору обґрунтував Ч. Дарвін. Виділяють два типи штучного добору: масовий та індивідуальний. За масового добору відбирають групу особин за критеріями, що цікавлять людину. Перевагою цього добору є його простота. Основний недолік - особин для добору відбирають лише за фенотипом без урахування генотипів особин. Це значно сповільнює селекційний процес, створення чи поліпшення сортів і порід забирає багато часу (поміркуйте чому).

Мал. 53.2. Сіра українська порода великої рогатої худоби на поштовій марці України

Цікаво знати

Породи та сорти, виведені методами так званої народної селекції, створювалися протягом кількох людських поколінь саме завдяки масовому добору. Прикладом є відома сіра українська порода великої рогатої худоби, стерилізованих биків якої називають волами (мал. 53.2).

У разі індивідуального добору вивчають спадкові властивості окремої тварини чи рослини, оцінюють властивості їхніх нащадків. Це дає змогу оцінити як характер успадкування певних ознак, так і вплив середовища на їхнє формування. Індивідуальний добір є найбільш точним інструментом для створення відповідних генотипів у процесі селекції.

Селекційний процес можна істотно прискорити за допомогою методів сучасної молекулярної генетики. Так, нині активно розвивається добір за молекулярними маркерами (мал. 53.3). Молекулярні маркери - невеликі сегменти ДНК, розміщені поблизу гена (або групи генів), що визначають бажані для селекціонера ознаки (наприклад, стійкість рослини до певних паразитів), які він планує сформувати у новоствореного сорту. Завдяки застосуванню маркерів дослідження невеликого фрагмента тканини рослини, яку планують використовувати в селекційній роботі, можна встановити наявність або відсутність гена, що цікавить селекціонерів. У разі добору за ДНК-маркерами значно збільшується ймовірність відібрати особини з потрібними генотипами.

Мал. 53.3. Порівняння звичайної селекції (1) та селекції із застосуванням ДНК-маркерів (2). У другому випадку селекціонер може відібрати рослини-кандидати для подальшої селекційної роботи ще до того, як вони виростуть і дадуть урожай

Основні типи схрещувань, які використовують у селекції. Пригадаємо: гібридизація - метод селекції, що полягає в отриманні організмів з потрібними властивостями за допомогою систем схрещувань. Близькоспоріднене схрещування, або інбридинг, використовують для виведення та підтримання чистих (у разі самозапилення чи самозапліднення) або інбредних (при схрещуванні з близькими родичами) ліній (пригадайте, що таке чиста лінія). Більшість сортів рослин і порід тварин є саме такими лініями. Однак близькоспоріднене схрещування може призвести до зниження життєздатності та продуктивності в особин унаслідок тривалого інбридингу (поміркуйте чому). Незважаючи на це, інбредні лінії багатьох перехреснозапильних рослин і перехреснозаплідних тварин потрібні в селекційній роботі.

Неспоріднене схрещування, або аутбридинг, проводять між особинами з різних ліній, що дає змогу комбінувати цінні ознаки різних порід або сортів. Крім того, унаслідок схрещування між собою представників різних порід тварин, сортів рослин або інбредних ліній часто спостерігають явище гетерозису.

Пригадаємо: гетерозис, або «гібридна сила», - явище, коли гібриди першого покоління за деякими ознаками і властивостями (продуктивність, життєздатність, маса тощо) переважають вихідні батьківські форми. Ефект гетерозису широко використовують у сільському господарстві. Так, усі комерційні сорти кукурудзи є гібридами першого покоління. Швидкі темпи росту курчат бройлерів (мал. 53.4, 1) також пов’язані з явищем гетерозису (вони - гібриди, отримані за допомогою схрещування різних інбредних ліній м’ясних порід курей). В Інституті свинарства та агропромислового виробництва (м. Полтава) створено червону білопоясу породу м’ясних свиней (мал. 53.4, 2): у разі схрещування кабанів цієї породи зі свиноматками будь-яких інших порід імовірність ефекту гетерозису зростає до 15 %. Гетерозис повного мірою проявляється лише у гібридів першого покоління. У наступних поколіннях його ефект згасає (поміркуйте чому).

Серія зворотних схрещувань - гібриди першого та наступних поколінь нащадків, що мають потрібну ознаку, схрещують з однією з батьківських форм. Завдяки цьому в кожному наступному поколінні в генотипі гібридних особин дедалі більше концентруються бажані для селекціонерів гени однієї з батьківських ліній.

Мал. 53.4. Явище гетерозису в селекції тварин: 1 - бройлер - приклад ефекту гетерозису (ліворуч) та курчатко вихідної м’ясної породи (праворуч); 2 - червону білопоясу породу м’ясних свиней використовують для отримання гетерозисних форм свиней

Мал. 53.5. Приклади міжвидових гібридів рослин і тварин: 1 - тритикале - штучно створений гібрид між пшеницею та житом; 2 - мул; 3 - нар

Віддалена (міжвидова) гібридизація - схрещування між представниками різних видів або різних родів. У результаті такої гібридизації можна отримати особин, які поєднують корисні для людини ознаки різних видів. Наприклад, тритикале - штучно створений гібрид пшениці та жита (мал. 53.5, 1) - має вищу морозостійкість, ніж вихідні види, стійкість до хвороб, більший уміст білків у насінинах. Здавна відомий гібрид кобили та віслюка - мул (мал. 53.5, 2), який відрізняється від батьківських видів більшою витривалістю, міцною конституцією та більшою тривалістю життя. Сильнішими та витривалішими є нари - гібриди першого покоління між одногорбим і двогорбим верблюдами (мал. 53.5, 3).

Здійснюючи віддалену гібридизацію, селекціонер може стикатися з такими проблемами: складність отримання міжвидових гібридів через їхню біологічні) несумісність (різна будова статевих органів, загибель статевих клітин до чи після запліднення, ускладнення поділу зиготи через різну кількість хромосом батьківських видів тощо); безплідність отриманих гібридів (поміркуйте чому).

Інколи вдається отримати стабільні плодючі міжвидові гібриди. Серед рослин - це м’яка пшениця (є наслідком гібридизації трьох видів). Серед тварин - бістер - плодючий гібрид між білугою та стерляддю (мал. 53.6, 1). Плодючими можуть бути також і міжвидові гібриди свійських тварин з їхніми дикими родичами. Так, у результаті схрещування тонкорунних овець з муфлоном (його вважають найближчим родичем свійських овець) було створено породу гірський меринос (мал. 53.6, 2).

Мал. 53.6. Плодючі міжвидові гібриди: 1 - бістер; 2 - гірський меринос

Ключові терміни та поняття

штучний добір, гібридизація, гетерозис.

Перевірте здобуті знання

1. У чому полягає штучний добір? 2. Чим масовий штучний добір відрізняється від індивідуального? 3. У чому полягає перевага добору за молекулярними маркерами? 4. Які основні типи схрещувань використовують у селекції? 5. У чому полягає причина неплідності віддалених гібридів?

Поміркуйте

Як можна подолати неплідність у віддалених гібридів тварин?

Творче завдання

Використовуючи знання з генетики, отримані в курсі біології 9-10 класів, обґрунтуйте причини інбредної депресії та виникнення гетерозису.